ASTM D5470-12 Стандартный метод испытаний свойств теплопроводности теплопроводящих электроизоляционных материалов

Стандарт «ASTM D5470-12 Стандартный метод испытаний свойств теплопроводности теплопроводящих электроизоляционных материалов», разработанный Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM), описывает метод испытаний для измерения теплового сопротивления и расчета кажущейся теплопроводности теплопроводящих электроизоляционных материалов от жидких соединений до жестких твердых материалов.

Термин теплопроводность применим только к однородным материалам. Теплопроводящие электроизоляционные материалы часто являются неоднородными, и во избежание путаницы в этом методе испытаний используется кажущаяся теплопроводность для определения свойств теплопроводности как однородных, так и неоднородных материалов.

Для целей настоящего стандарта применяются следующие термины и определения:

Кажущаяся теплопроводность выражает скорость потока тепла во времени на единицу градиента температуры в направлении, перпендикулярном площади, через единицу площади неоднородного материала при постоянных условиях.
Средняя температура поверхности выражает средневзвешенную по площади температуру.
Композит — это материал, состоящий из различных частей, которые пропорционально или синергически влияют на свойства комбинации.
Однородный материал — это материал, в котором соответствующие свойства не зависят от местоположения внутри материала.
Тепловое сопротивление — это полное сопротивление устройства (материала, поверхностей раздела материалов) тепловому потоку.
Тепловое сопротивление интерфейса (контактное сопротивление) — это разность температур, необходимая для создания единицы теплового потока на контактных плоскостях между горячей и холодной поверхностями и поверхностями образца, соприкасающимися с испытуемым образцом.
Тепловое сопротивление является величиной, обратной теплопроводности. В стационарных условиях это градиент температуры на единицу теплового потока, перпендикулярного изотермической поверхности.

Описанный здесь метод испытаний основан на идеализированной теплопроводности между двумя параллельными изотермическими поверхностями, разделенными испытуемым образцом одинаковой толщины. Температурный градиент, создаваемый образцом за счет разницы температур между двумя соприкасающимися поверхностями, вызывает поток тепла через образец. Этот тепловой поток перпендикулярен испытуемым поверхностям и равномерен по всей поверхности, без бокового распространения тепла.

При использовании двух измерительных стержней требуемые настоящим стандартом измерения следующие:

T1: Более высокая температура горячего зонда
T2: Более низкая температура горячего зонда
T3: Более высокая температура холодного зонда
T4: Более низкая температура холодного зонда
A: Площадь тестовых поверхностей
D: Толщина образца

На основе идеализированной конфигурации испытаний проводятся измерения для расчета следующих параметров:

TH: Температура более горячей изотермической поверхности
TC: Температура более холодной изотермической поверхности
В: Скорость теплового потока между двумя изотермическими поверхностями
Тепловое сопротивление: разница температур между двумя изотермическими поверхностями, деленная на тепловой поток через них.
Кажущаяся теплопроводность: рассчитывается по графику зависимости теплового сопротивления образца от толщины.

Между образцом и исследуемыми поверхностями имеется термическое сопротивление. Эти контактные сопротивления включены в расчет теплового сопротивления образца. Контактное сопротивление сильно варьируется в зависимости от характера поверхности образца и механического давления, оказываемого на образец испытуемыми поверхностями. Поэтому давление сжатия, приложенное к образцу, следует измерять и регистрировать как вторичное измерение, необходимое для данного метода, за исключением образцов жидкостей, где приложенное давление незначительно. Расчет теплового импеданса состоит из суммы теплового сопротивления образца и теплового сопротивления интерфейса.

Расчет кажущейся теплопроводности требует точного определения толщины испытуемого образца. В зависимости от типа материала для контроля, мониторинга и измерения толщины испытуемого образца могут использоваться различные инструменты. Если размер образца может измениться в ходе испытания, толщину испытываемого образца можно контролировать с помощью клиньев или механических стопоров. Если размер образца может измениться во время испытания, толщину образца можно контролировать во время испытания путем измерения толщины на месте. Толщина испытуемого образца может быть измерена в том виде, в котором он был изготовлен при комнатной температуре в соответствии с методом испытаний C стандарта ASTM D374, если он показывает незначительную деформацию сжатия.

Этот стандарт измеряет стационарное тепловое сопротивление электроизоляционных материалов, используемых для улучшения теплопередачи в электрических и электронных устройствах. Этот стандарт особенно полезен для измерения свойств теплопроводности образцов, которые очень тонкие или не обладают достаточной механической прочностью, чтобы позволить разместить в образце датчики температуры, как в ASTM E1225.

В этом стандарте применяется идеализированная модель теплового потока и указывается средняя температура испытания образца. Тепловое сопротивление, измеренное таким образом, не применимо напрямую к большинству практических приложений, где отсутствуют необходимые условия равномерной параллельной теплопроводности.

Этот стандарт полезен для измерения теплового сопротивления следующих типов материалов.

Тип I: Вязкие жидкости, которые демонстрируют неограниченную деформацию при приложении напряжения. К ним относятся жидкие соединения, такие как смазки, пасты и материалы с изменяющейся фазой. Эти материалы не проявляют упругих свойств или тенденции к возвращению к своей первоначальной форме после снятия деформационных напряжений.
Тип II: Вязкоупругие твердые тела, в которых напряжения деформации в конечном итоге уравновешиваются внутренними напряжениями материала, тем самым ограничивая дальнейшую деформацию. Например, мягкие и твердые резиновые материалы демонстрируют линейные упругие свойства со значительным отклонением относительно толщины материала.
Тип III: Упругие твердые тела, которые демонстрируют незначительную деформацию. Например, керамика, металлы и некоторые виды пластмасс.

Кажущуюся теплопроводность образца можно рассчитать из измеренного теплового сопротивления и измеренной толщины образца, если тепловое сопротивление интерфейса пренебрежимо мало (номинально менее 1 процента) по сравнению с тепловым сопротивлением образца. Кажущуюся теплопроводность материала образца можно точно определить, исключив тепловое сопротивление интерфейса. Это достигается путем измерения теплового сопротивления различных толщин испытываемого материала и построения графика зависимости теплового сопротивления от толщины. Величина, обратная наклону полученной прямой, представляет собой кажущуюся теплопроводность. Пересечение при нулевой толщине представляет собой сумму контактных сопротивлений на двух поверхностях. Контактное сопротивление можно уменьшить, нанеся термопасту или масло на испытательные поверхности твердых образцов (тип III).

Наша организация, которая на протяжении многих лет стремится оказывать поддержку предприятиям всех секторов посредством широкого спектра испытаний, измерений, анализа и оценочных исследований, имеет сильный штат сотрудников, которые внимательно следят за мировыми достижениями в области науки и технологий и постоянно совершенствуются. В этом контексте предприятиям также предоставляются услуги по испытаниям в соответствии со стандартом «ASTM D5470-12 Стандартный метод испытаний свойств теплопроводности теплопроводящих электроизоляционных материалов».