Metode Uji Standar ASTM D5470-12 untuk Sifat Konduksi Termal dari Bahan Isolasi Listrik Konduktif Termal

Standar "Metode uji standar ASTM D5470-12 untuk sifat konduktivitas termal bahan isolasi listrik konduktif termal" yang dikembangkan oleh American Society for Testing and Materials (ASTM) menjelaskan metode uji untuk mengukur impedansi termal dan menghitung konduktivitas termal nyata untuk bahan isolasi listrik konduktif termal mulai dari senyawa cair hingga bahan padat kaku.

Istilah konduktivitas termal hanya berlaku untuk bahan homogen. Bahan isolasi listrik konduktif termal sering kali heterogen, dan untuk menghindari kebingungan, metode pengujian ini menggunakan konduktivitas termal nyata untuk menentukan sifat konduksi termal dari bahan homogen dan heterogen.

Untuk tujuan standar ini, istilah dan definisi berikut berlaku:

Konduktivitas termal semu menyatakan laju waktu aliran panas per satuan gradien suhu dalam arah tegak lurus terhadap luas melalui satuan luas bahan heterogen dalam kondisi konstan.
Suhu rata-rata suatu permukaan menyatakan suhu rata-rata tertimbang berdasarkan luasnya.
Komposit adalah material yang terdiri dari bagian-bagian berbeda yang memberikan kontribusi secara proporsional atau sinergis terhadap sifat-sifat kombinasi tersebut.
Material homogen merupakan material yang sifat-sifat relevannya bukan merupakan fungsi lokasi dalam material tersebut.
Impedansi termal adalah resistansi total suatu perangkat (material, antarmuka material) terhadap aliran panas.
Resistansi antarmuka termal (resistansi kontak) adalah perbedaan suhu yang diperlukan untuk menghasilkan satu unit fluks panas pada bidang kontak antara permukaan panas dan dingin serta permukaan sampel yang bersentuhan dengan sampel yang diuji.
Resistivitas termal adalah kebalikan dari konduktivitas termal. Dalam kondisi tetap, ini adalah gradien suhu per satuan aliran panas yang tegak lurus terhadap permukaan isotermal.

Metode pengujian yang dijelaskan di sini didasarkan pada konduksi panas ideal antara dua permukaan paralel dan isotermal yang dipisahkan oleh spesimen uji dengan ketebalan seragam. Gradien termal yang dikenakan pada sampel oleh perbedaan suhu antara dua permukaan yang bersentuhan menyebabkan aliran panas melalui sampel. Aliran panas ini tegak lurus terhadap permukaan uji dan homogen di seluruh permukaan, tanpa penyebaran panas lateral.

Bila dua batang pengukur digunakan, maka pengukuran yang dipersyaratkan oleh standar ini adalah:

T1: Suhu probe panas lebih panas
T2: Suhu probe panas lebih dingin
T3: Suhu probe dingin lebih hangat
T4: Suhu probe dingin lebih dingin
A: Luas permukaan uji
D: Ketebalan sampel

Berdasarkan konfigurasi pengujian yang ideal, pengukuran dilakukan untuk menghitung parameter berikut:

TH: Suhu permukaan isotermal yang lebih panas
TC: Suhu permukaan isotermal yang lebih dingin
Q: Laju aliran panas antara dua permukaan isotermal
Impedansi termal: Perbedaan suhu antara dua permukaan isotermal dibagi dengan aliran panas yang melaluinya.
Konduktivitas termal nyata: Dihitung dari grafik impedansi termal sampel versus ketebalan

Terdapat resistansi termal antarmuka antara sampel dan permukaan uji. Resistensi kontak ini dimasukkan dalam contoh perhitungan impedansi termal. Resistensi kontak sangat bervariasi tergantung pada sifat permukaan sampel dan tekanan mekanis yang diberikan pada sampel oleh permukaan uji. Oleh karena itu, tekanan kompresi yang diterapkan pada sampel harus diukur dan dicatat sebagai pengukuran sekunder yang diperlukan untuk metode tersebut, kecuali untuk sampel fluida di mana tekanan yang diterapkan tidak signifikan. Perhitungan impedansi termal terdiri dari jumlah resistansi termal sampel dan resistansi termal antarmuka.

Perhitungan konduktivitas termal nyata memerlukan penentuan akurat ketebalan sampel yang diuji. Bergantung pada jenis material, alat yang berbeda dapat digunakan untuk mengontrol, memantau, dan mengukur ketebalan spesimen uji. Jika ukuran sampel dapat berubah selama pengujian, ketebalan sampel uji dapat dikontrol dengan ganjal atau penyumbat mekanis. Jika ukuran spesimen dapat berubah selama pengujian, ketebalan spesimen uji dapat dipantau selama pengujian dengan pengukuran ketebalan in situ. Ketebalan spesimen uji dapat diukur seperti yang diproduksi pada suhu ruangan sesuai dengan Metode Uji C standar ASTM D374 jika menunjukkan lendutan tekan yang dapat diabaikan.

Standar ini mengukur impedansi termal keadaan tetap dari bahan isolasi listrik yang digunakan untuk meningkatkan perpindahan panas dalam aplikasi listrik dan elektronik. Standar ini sangat berguna untuk mengukur sifat konduksi termal dari sampel yang sangat tipis atau tidak memiliki stabilitas mekanis yang cukup untuk memungkinkan sensor suhu ditempatkan dalam sampel seperti pada ASTM E1225.

Standar ini menerapkan pola aliran panas yang ideal dan menentukan suhu uji sampel rata-rata. Impedansi termal yang diukur dengan cara ini tidak secara langsung berlaku untuk sebagian besar aplikasi praktis di mana kondisi konduksi panas seragam dan paralel yang diperlukan ini tidak ada.

Standar ini berguna untuk mengukur impedansi termal dari jenis bahan berikut.

Tipe I: Cairan kental yang menunjukkan deformasi tak terbatas saat tekanan diberikan. Ini termasuk senyawa cair seperti minyak, pasta, dan bahan pengubah fase. Bahan-bahan ini tidak menunjukkan perilaku elastis atau kecenderungan untuk kembali ke bentuk aslinya setelah tegangan lendutan dihilangkan.
Tipe II: Padatan viskoelastis di mana tegangan deformasi pada akhirnya diimbangi oleh tegangan material internal, sehingga membatasi deformasi lebih lanjut. Misalnya, bahan karet lunak dan keras menunjukkan sifat elastis linear dengan penyimpangan signifikan terhadap ketebalan bahan.
Tipe III: Padatan elastis yang memperlihatkan lendutan yang dapat diabaikan. Misalnya, keramik, logam, dan beberapa jenis plastik.

Konduktivitas termal nyata suatu sampel dapat dihitung dari impedansi termal terukur dan ketebalan sampel terukur jika resistansi termal antarmuka dapat diabaikan (nominal kurang dari 1 persen) dibandingkan dengan resistansi termal sampel. Konduktivitas termal nyata dari suatu bahan sampel dapat ditentukan secara akurat dengan mengecualikan resistansi termal antarmuka. Hal ini dilakukan dengan mengukur impedansi termal pada berbagai ketebalan material yang diuji dan memetakan impedansi termal terhadap ketebalannya. Kebalikan dari kemiringan garis lurus yang dihasilkan adalah konduktivitas termal nyata. Perpotongan pada ketebalan nol adalah jumlah resistansi kontak pada dua permukaan. Resistensi kontak dapat dikurangi dengan mengoleskan minyak atau pelumas termal ke permukaan uji spesimen uji yang keras (Tipe III).

Organisasi kami, yang telah berusaha mendukung bisnis dari setiap sektor dengan berbagai pengujian, pengukuran, analisis, dan studi evaluasi yang telah dilakukan selama bertahun-tahun, memiliki staf yang kuat yang mengikuti dengan cermat perkembangan di dunia di bidang sains dan teknologi dan terus-menerus meningkatkan dirinya. Dalam konteks ini, layanan pengujian juga disediakan kepada bisnis sesuai dengan standar "Metode uji standar ASTM D5470-12 untuk sifat konduktivitas termal bahan isolasi listrik konduktif panas".