La norme « ASTM E1952-11 Méthode d'essai standard pour la conductivité thermique et la diffusivité thermique par calorimétrie différentielle de température modulée » développée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) décrit une procédure permettant de déterminer la conductivité thermique de matériaux solides homogènes et non poreux dans la plage de 0,10 à 1,0 W⁄ (Km) par calorimétrie différentielle de température modulée. Cette gamme comprend de nombreux matériaux polymères, en verre et en céramique. La diffusivité thermique, qui est liée à la conductivité thermique via la capacité thermique spécifique et la densité, peut également être dérivée. La conductivité thermique et la diffusivité peuvent être déterminées à une ou plusieurs températures comprises entre 0 et 90 degrés.
Aux fins de la présente norme, certains termes techniques utilisés dans la présente norme, notamment l'étalonnage, la calorimétrie différentielle à balayage, la capacité thermique, la température modulée, la précision, le matériau de référence, l'écart type relatif, la répétabilité, la reproductibilité, la capacité thermique spécifique, l'écart type, l'analyse thermique, la conductivité thermique et la conductivité thermique, sont définis dans les normes ASTM E473-21, ASTM E1142-23 et ASTM E2161-23.
Spécifique à cette norme, le calorimètre différentiel à balayage à température modulée fait référence à une version du calorimètre différentiel à balayage qui fournit un programme de température variant de manière sinusoïdale à l'échantillon d'essai en plus des programmes isothermes ou de rampe de température conventionnels. Les résultats d’analyse incluent la capacité thermique apparente et spécifique.
Lors de la réalisation d'essais, la capacité thermique d'un échantillon d'essai peut être déterminée à l'aide de l'approche de température modulée, dans laquelle un programme de température oscillatoire ou périodiquement répétitif (autour d'une température moyenne) est appliqué à un échantillon d'essai, produisant un flux de chaleur oscillatoire (périodique) entrant ou sortant de l'échantillon. La capacité thermique de l'échantillon d'essai peut être obtenue en divisant l'amplitude du flux thermique résultant par l'amplitude de la température oscillante (périodique) qui l'a produit. La capacité thermique spécifique est obtenue en normalisant la capacité thermique à la masse de l'échantillon.
La précision de la capacité thermique obtenue de cette manière dépend des conditions expérimentales. Lorsqu'un échantillon de test mince encapsulé dans un récipient à échantillon à haute conductivité thermique est traité avec des oscillations de température à long terme (basse fréquence), on suppose que l'échantillon de test a atteint une distribution de température uniforme et que les informations sur la capacité thermique résultantes sont comparables à celles d'autres méthodes de test non oscillatoires.
Lorsqu'une extrémité d'un échantillon d'essai épais est exposée à des oscillations de température à court terme (haute fréquence), l'échantillon d'essai acquiert une distribution de température sur toute sa longueur qui dépend de sa diffusivité thermique. Les informations sur la capacité thermique apparente obtenues de cette manière sont inférieures à celles du cas de distribution de température uniforme décrit ci-dessus et sont proportionnelles à la racine carrée de la conductivité thermique des échantillons d'essai.
La conductivité thermique de l'échantillon d'essai peut être dérivée de la capacité thermique apparente d'un échantillon épais, de la capacité thermique réelle d'un échantillon mince et d'un certain nombre de constantes géométriques et empiriques.
Si la conductivité thermique de l'échantillon d'essai est faible, proche de celle du gaz de purge environnant, une correction de la conductivité thermique mesurée est nécessaire pour compenser les pertes de chaleur dues à l'épaisseur de l'échantillon d'essai.
La diffusivité thermique est dérivée de la conductivité thermique déterminée, de la capacité thermique spécifique et de la densité de l'échantillon d'essai.
La conductivité thermique est un paramètre de conception utile pour le taux de transfert de chaleur à travers un matériau. Les résultats de cette méthode d’essai peuvent être utilisés à des fins de conception, d’évaluation des services, de contrôle de la production, de recherche et développement et d’évaluation des risques.
Étant donné que la taille de l’échantillon utilisé dans l’analyse thermique est de l’ordre de 10 à 100 mg, il faut veiller à ce qu’il soit homogène ou représentatif du matériau, ou les deux. Le calcul de la conductivité thermique nécessite de connaître la géométrie de cet échantillon. Cette méthode de test nécessite une taille et une forme d’échantillon spécifiques. D'autres géométries peuvent être utilisées en apportant les modifications appropriées aux équations de calcul.
Lors du prélèvement de l'échantillon, deux cylindres circulaires droits, tous deux d'un diamètre nominal de 6,3 mm, sont sélectionnés. Le premier de ces échantillons d'essai a une épaisseur nominale de 0,4 mm et le second une épaisseur nominale de 3,5 mm. Le moyen le plus pratique pour obtenir ces échantillons d'essai est de les découper dans une tige de 6,35 mm de diamètre, un matériau courant. D'autres techniques de fabrication telles que la découpe à partir de tôles à l'aide de forets à champignon, l'usinage à partir de tôles ou le moulage peuvent également être utilisées. Les surfaces d'extrémité circulaires des échantillons d'essai sont polies pour être lisses et parallèles à plus/moins 600 µm avec du papier de verre de grain 30.
Notre organisation dispose d'une équipe performante qui suit de près les évolutions scientifiques et technologiques mondiales et s'efforce constamment de se perfectionner. Parmi les nombreux tests, mesures, analyses et évaluations proposés aux entreprises de divers secteurs, figurent des services d'essais conformes à la norme « ASTM E1952-11 Méthode d'essai normalisée pour la conductivité et la diffusivité thermiques par calorimétrie différentielle à balayage modulée ».
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