ASTM D5470-12 Standardtestmetod för värmeledningsegenskaper hos värmeledande elektriska isoleringsmaterial

ASTM D5470-12 Standardtestmetod för värmeledningsegenskaper hos värmeledande elektriska isoleringsmaterial

Standarden ”ASTM D5470-12 Standardtestmetod för termiska ledningsegenskaper hos termiskt ledande elektriska isoleringsmaterial” som utvecklats av American Society for Testing and Materials (ASTM) beskriver en testmetod för att mäta termisk impedans och beräkna skenbar värmeledningsförmåga för termiskt ledande elektriska isoleringsmaterial, från flytande föreningar till styva fasta material.

ASTM D5470-12 Standardtestmetod för värmeledningsegenskaper hos värmeledande elektriska isoleringsmaterial

Termen värmeledningsförmåga är endast giltig för homogena material. Värmeledande elektriska isoleringsmaterial är ofta heterogena, och för att undvika förvirring använder denna testmetod skenbar värmeledningsförmåga för att bestämma värmeledningsegenskaperna hos både homogena och heterogena material.

För denna standards syften gäller följande termer och definitioner:

  • Skenbar värmeledningsförmåga uttrycker tidshastigheten för värmeflöde per enhetstemperaturgradient i riktningen vinkelrät mot arean genom en enhetsarea av ett heterogent material under konstanta förhållanden.
  • Medeltemperaturen på en yta uttrycker den areavägda medeltemperaturen.
  • En komposit är ett material som består av olika delar som bidrar proportionellt eller synergistiskt till kombinationens egenskaper.
  • Ett homogent material är ett material där de relevanta egenskaperna inte är en funktion av platsen i materialet.
  • Termisk impedans är den totala resistansen hos en anordning (material, materialgränssnitt) mot värmeflöde.
  • Termiskt gränssnittsmotstånd (kontaktmotstånd) är den temperaturskillnad som krävs för att producera en enhet värmeflöde vid kontaktplanen mellan de varma och kalla ytorna och provytorna i kontakt med det testade provet.
  • Termisk resistivitet är det reciproka värdet av värmeledningsförmågan. Under stationära förhållanden är det temperaturgradienten per enhet värmeflöde vinkelrätt mot den isotermiska ytan.

Den testmetode som beskrivs här är baserad på idealiserad värmeledning mellan två parallella, isotermiska ytor separerade av ett testprov med enhetlig tjocklek. Den termiska gradienten som påförs provet av temperaturskillnaden mellan två kontaktytor orsakar värmeflöde genom provet. Detta värmeflöde är vinkelrätt mot testytorna och är homogent över ytorna, utan någon lateral värmespridning.

När två mätstavar används krävs följande mått enligt denna standard:

  • T1: Högre temperatur på varm sond
  • T2: Varm sonds kallare temperatur
  • T3: Varmare temperatur på kall sond
  • T4: Kallare temperatur på kallproben
  • A: Area av testytorna
  • D: Provtjocklek

Baserat på den idealiserade testkonfigurationen görs mätningar för att beräkna följande parametrar:

  • TH: Temperaturen på den varmare isotermiska ytan
  • TC: Temperaturen på den kallare isotermiska ytan
  • F: Värmeflödeshastighet mellan två isotermiska ytor
  • Termisk impedans: Temperaturskillnaden mellan två isotermiska ytor dividerad med värmeflödet genom dem.
  • Skenbar värmeledningsförmåga: Beräknad från grafen över provets värmeimpedans kontra tjocklek

Det finns ett termiskt motstånd i gränssnittet mellan provet och testytorna. Dessa kontaktresistanser ingår i exemplet på beräkningen av termisk impedans. Kontaktresistansen varierar kraftigt beroende på provytans beskaffenhet och det mekaniska tryck som testytorna utövar på provet. Därför bör det kompressionstryck som appliceras på provet mätas och registreras som en sekundär mätning som krävs för metoden, förutom för vätskeprover där det applicerade trycket är obetydligt. Beräkningen av den termiska impedansen består av summan av provets termiska resistans och gränssnittets termiska resistans.

Beräkning av skenbar värmeledningsförmåga kräver en noggrann bestämning av tjockleken på det prov som testas. Beroende på materialtyp kan olika verktyg användas för att kontrollera, övervaka och mäta testprovets tjocklek. Om provets storlek kan ändras under testet kan det testade provets tjocklek kontrolleras med kilar eller mekaniska proppar. Om provets storlek kan ändras under testningen kan testprovets tjocklek övervakas under testningen genom tjockleksmätning in situ. Testprovets tjocklek kan mätas som tillverkad vid rumstemperatur i enlighet med testmetod C i ASTM D374-standarden om den uppvisar försumbar trycknedböjning.

Denna standard mäter den stationära termiska impedansen hos elektriska isoleringsmaterial som används för att förbättra värmeöverföring i elektriska och elektroniska tillämpningar. Denna standard är särskilt användbar för att mäta värmeledningsegenskaperna hos prover som är mycket tunna eller inte har tillräcklig mekanisk stabilitet för att tillåta placering av temperatursensorer i provet enligt ASTM E1225.

Denna standard tillämpar ett idealiserat värmeflödesmönster och specificerar en genomsnittlig provtemperatur. Termiska impedanser mätta på detta sätt är inte direkt tillämpliga på de flesta praktiska tillämpningar där dessa nödvändiga enhetliga, parallella värmeledningsförhållanden inte föreligger.

Denna standard är användbar för att mäta värmeimpedansen hos följande materialtyper.

  • Typ I: Viskösa vätskor som uppvisar obegränsad deformation när de appliceras på spänning. Dessa inkluderar flytande föreningar såsom fetter, pastor och fasövergångsmaterial. Dessa material uppvisar inte elastiskt beteende eller en tendens att återgå till sin ursprungliga form efter att böjningsspänningarna har avlägsnats.
  • Typ II: Viskoelastiska fasta ämnen där deformationsspänningar slutligen balanseras av interna materialspänningar, vilket begränsar ytterligare deformation. Till exempel uppvisar mjuka och hårda gummimaterial linjära elastiska egenskaper med betydande avvikelse med avseende på materialtjocklek.
  • Typ III: Elastiska fasta ämnen som uppvisar försumbar nedböjning. Till exempel keramik, metaller och vissa typer av plast.

Den skenbara värmeledningsförmågan hos ett prov kan beräknas utifrån den uppmätta värmeimpedansen och den uppmätta provtjockleken om gränssnittets värmeresistans är försumbar liten (nominellt mindre än 1 procent) jämfört med provets värmeresistans. Den skenbara värmeledningsförmågan hos ett provmaterial kan bestämmas noggrant genom att exkludera gränssnittets värmeresistans. Detta åstadkoms genom att mäta den termiska impedansen för olika tjocklekar hos materialet som testas och plotta den termiska impedansen mot tjockleken. Inversen av lutningen för den resulterande raka linjen är den skenbara värmeledningsförmågan. Skärningspunkten vid noll tjocklek är summan av kontaktresistanserna vid de två ytorna. Kontaktmotståndet kan minskas genom att applicera termiskt fett eller olja på testytorna på hårda testprover (typ III).

Vår organisation, som i åratal har försökt stödja företag från alla sektorer med ett brett utbud av test-, mät-, analys- och utvärderingsstudier, har en stark personalstyrka som noggrant följer utvecklingen i världen inom vetenskap och teknik och ständigt förbättrar sig. I detta sammanhang tillhandahålls även testtjänster till företag i enlighet med standarden "ASTM D5470-12 Standardtestmetod för värmeledningsegenskaper hos värmeledande elektriska isoleringsmaterial".

WhatsApp