ASTM E1952-11 Стандартный метод испытаний теплопроводности и температуропроводности с помощью сканирующей калориметрии с модулированной разностью температур

Стандарт «ASTM E1952-11 Стандартный метод испытаний теплопроводности и температуропроводности с помощью сканирующей калориметрии с модулированной температурой и дифференциальной температурой», разработанный Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM), описывает процедуру определения теплопроводности однородных, непористых твердых материалов в диапазоне от 0,10 до 1,0 Вт⁄ (Км) с помощью сканирующей калориметрии с модулированной температурой и дифференциальной температурой. В этот ассортимент входит множество полимерных, стеклянных и керамических материалов. Также можно вывести температуропроводность, которая связана с теплопроводностью через удельную теплоемкость и плотность. Теплопроводность и диффузию можно определить при одной или нескольких температурах в диапазоне от 0 до 90 градусов.

Для целей настоящего стандарта некоторые технические термины, используемые в настоящем стандарте, включая калибровку, дифференциальную сканирующую калориметрию, теплоемкость, модулированную температуру, точность, эталонный материал, относительное стандартное отклонение, повторяемость, воспроизводимость, удельную теплоемкость, стандартное отклонение, термический анализ, теплопроводность и теплопроводность, определены в ASTM E473-21, ASTM E1142-23 и ASTM E2161-23.

В соответствии с данным стандартом дифференциальный сканирующий калориметр с модулированной температурой относится к версии дифференциального сканирующего калориметра, которая обеспечивает синусоидально изменяющуюся температурную программу для испытуемого образца в дополнение к обычным изотермическим или температурным программам. Результаты анализа включают кажущуюся и удельную теплоемкость.

При проведении испытаний теплоемкость испытуемого образца можно определить с помощью метода модулированной температуры, при котором к испытуемому образцу применяется колебательная или периодически повторяющаяся температурная программа (около средней температуры), в результате чего создается колебательный (периодический) поток тепла в образец или из него. Теплоемкость испытуемого образца можно получить, разделив амплитуду результирующего теплового потока на амплитуду колеблющейся (периодической) температуры, его создавшей. Удельную теплоемкость получают путем нормализации теплоемкости по массе образца.

Точность полученной таким образом теплоемкости зависит от условий эксперимента. Когда тонкий испытуемый образец, заключенный в кювету из материала с высокой теплопроводностью, подвергается воздействию длительных (низкочастотных) колебаний температуры, предполагается, что испытуемый образец достиг равномерного распределения температуры, а полученная информация о теплоемкости сопоставима с данными других неосцилляционных методов испытаний.

При воздействии на один конец толстого образца кратковременных (высокочастотных) колебаний температуры образец приобретает распределение температуры по длине, зависящее от его температуропроводности. Полученная таким образом информация о кажущейся теплоемкости ниже, чем в случае равномерного распределения температуры, описанном выше, и пропорциональна квадратному корню из теплопроводности испытуемых образцов.

Теплопроводность испытуемого образца можно вывести из кажущейся теплоемкости толстого образца, истинной теплоемкости тонкого образца и ряда геометрических и эмпирических констант.

Если теплопроводность испытуемого образца низкая, приближаясь к теплопроводности окружающего продувочного газа, требуется коррекция измеренной теплопроводности для компенсации потерь тепла из-за толстого испытуемого образца.

Температуропроводность выводится из определенной теплопроводности, удельной теплоемкости и плотности испытуемого образца.

Теплопроводность является полезным параметром расчета скорости передачи тепла через материал. Результаты этого метода испытаний могут быть использованы для целей проектирования, оценки обслуживания, контроля производства, исследований и разработок, а также оценки опасностей.

Поскольку размер образца, используемого в термическом анализе, составляет порядка 10–100 мг, необходимо следить за тем, чтобы он был однородным или репрезентативным для материала, или и тем, и другим. Для расчета теплопроводности необходимо знать геометрию образца. Для этого метода испытаний требуется образец определенного размера и формы. Можно использовать и другие геометрии, внеся соответствующие изменения в расчетные уравнения.

При отборе пробы выбираются два правильных круглых цилиндра, оба номинальным диаметром 6,3 мм. Первый из этих испытательных образцов имеет номинальную толщину 0,4 мм, а второй — номинальную толщину 3,5 мм. Эти образцы для испытаний удобнее всего получать, вырезая их из стержня диаметром 6,35 мм, распространенного вида материала. Могут использоваться и другие методы производства, такие как резка листового материала с помощью грибовидных сверл, механическая обработка заготовки или формовка. Круглые торцевые поверхности испытуемых образцов полируются до гладкости и параллельности с точностью плюс/минус 600 мкм наждачной бумагой зернистостью 30.

Наша организация располагает сильным коллективом, который внимательно следит за мировыми разработками в области науки и техники и постоянно совершенствуется. Среди многочисленных испытаний, измерений, анализов и оценок, предоставляемых предприятиям в различных секторах, есть услуги по тестированию, соответствующие стандарту «ASTM E1952-11 Стандартный метод испытаний теплопроводности и тепловой диффузии методом сканирующей калориметрии с модулированной разностью температур».