วิธีทดสอบมาตรฐาน ASTM D5470-12 สำหรับคุณสมบัติการนำความร้อนของวัสดุฉนวนไฟฟ้าที่นำความร้อนได้

มาตรฐาน “ASTM D5470-12 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับคุณสมบัติการนำความร้อนของวัสดุฉนวนไฟฟ้าที่นำความร้อน” ที่พัฒนาโดยสมาคมการทดสอบและวัสดุแห่งอเมริกา (ASTM) อธิบายวิธีการทดสอบสำหรับการวัดอิมพีแดนซ์ความร้อนและการคำนวณการนำความร้อนที่ชัดเจนสำหรับวัสดุฉนวนไฟฟ้าที่นำความร้อนตั้งแต่สารประกอบของเหลวไปจนถึงวัสดุแข็งที่แข็ง

คำว่าการนำความร้อนนั้นใช้ได้เฉพาะกับวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันเท่านั้น วัสดุฉนวนไฟฟ้าที่นำความร้อนได้มักจะไม่เป็นเนื้อเดียวกัน และเพื่อหลีกเลี่ยงความสับสน วิธีทดสอบนี้จึงใช้การนำความร้อนที่ชัดเจนเพื่อกำหนดคุณสมบัติการนำความร้อนของทั้งวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันและวัสดุที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน

เพื่อวัตถุประสงค์ของมาตรฐานนี้ ให้ใช้ข้อกำหนดและคำจำกัดความต่อไปนี้:

• ค่าการนำความร้อนที่ปรากฏแสดงอัตราเวลาของการไหลของความร้อนต่อหน่วยการไล่ระดับอุณหภูมิในทิศทางที่ตั้งฉากกับพื้นที่ผ่านหน่วยพื้นที่ของวัสดุที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันภายใต้เงื่อนไขคงที่
• อุณหภูมิเฉลี่ยของพื้นผิวแสดงอุณหภูมิเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักตามพื้นที่
• วัสดุคอมโพสิตคือวัสดุที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนต่างๆ ที่แตกต่างกันซึ่งมีส่วนต่างๆ มากมายที่ส่งเสริมคุณสมบัติของส่วนประกอบนั้นๆ ตามสัดส่วนหรือร่วมกัน
• วัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันคือวัสดุซึ่งสมบัติที่เกี่ยวข้องไม่ได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งภายในวัสดุ
• อิมพีแดนซ์ความร้อนคือความต้านทานรวมของอุปกรณ์ (วัสดุ อินเทอร์เฟซวัสดุ) ต่อการไหลของความร้อน
• ความต้านทานอินเทอร์เฟซทางความร้อน (ความต้านทานการสัมผัส) คือความแตกต่างของอุณหภูมิที่จำเป็นในการผลิตหน่วยฟลักซ์ความร้อนที่ระนาบสัมผัสระหว่างพื้นผิวร้อนและเย็นและพื้นผิวตัวอย่างที่สัมผัสกับตัวอย่างที่ทดสอบ
• ความต้านทานความร้อนคือค่ากลับของค่าการนำความร้อน ภายใต้สภาวะคงที่ จะเป็นความไล่ระดับอุณหภูมิต่อหน่วยอัตราการไหลของความร้อนที่ตั้งฉากกับพื้นผิวไอโซเทอร์มอล

วิธีการทดสอบที่อธิบายไว้ที่นี่ขึ้นอยู่กับการนำความร้อนในอุดมคติระหว่างพื้นผิวขนานสองพื้นผิวที่มีอุณหภูมิเท่ากันที่แยกจากกันโดยชิ้นทดสอบที่มีความหนาสม่ำเสมอ การไล่ระดับความร้อนที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวสัมผัสสองพื้นผิวบนตัวอย่าง ทำให้เกิดการไหลความร้อนผ่านตัวอย่าง การไหลของความร้อนนี้จะตั้งฉากกับพื้นผิวการทดสอบและสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิว โดยไม่มีการกระจายความร้อนด้านข้าง

เมื่อใช้แท่งวัดสองอัน การวัดที่จำเป็นตามมาตรฐานนี้คือ:

• T1: อุณหภูมิที่สูงกว่าของหัววัดร้อน
• T2: อุณหภูมิที่เย็นกว่าของหัววัดร้อน
• T3: อุณหภูมิที่อุ่นขึ้นของหัววัดความเย็น
• T4: อุณหภูมิที่เย็นกว่าของหัววัดความเย็น
• ก. พื้นที่ผิวทดสอบ
• D: ความหนาของตัวอย่าง

อิงจากการกำหนดค่าการทดสอบในอุดมคติ การวัดจะดำเนินการเพื่อคำนวณพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

• TH: อุณหภูมิของพื้นผิวไอโซเทอร์มอลที่ร้อนกว่า
• TC: อุณหภูมิของพื้นผิวไอโซเทอร์มอลที่เย็นกว่า
• ถาม: อัตราการไหลของความร้อนระหว่างพื้นผิวอุณหภูมิคงที่สองพื้นผิว
• อิมพีแดนซ์ความร้อน: ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวอุณหภูมิคงที่สองพื้นผิวที่หารด้วยการไหลของความร้อนผ่านพื้นผิวเหล่านั้น
• ค่าการนำความร้อนที่ปรากฏ: คำนวณจากกราฟของค่าอิมพีแดนซ์ความร้อนของตัวอย่างเทียบกับความหนา

มีค่าความต้านทานความร้อนของอินเทอร์เฟซระหว่างตัวอย่างและพื้นผิวการทดสอบ ค่าความต้านทานการสัมผัสเหล่านี้รวมอยู่ในค่าการคำนวณอิมพีแดนซ์ความร้อนตัวอย่าง ความต้านทานการสัมผัสจะแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับลักษณะของพื้นผิวตัวอย่างและแรงกดทางกลที่กระทำกับตัวอย่างโดยพื้นผิวทดสอบ ดังนั้น ควรวัดแรงดันอัดที่ใช้กับตัวอย่างและบันทึกเป็นการวัดรองที่จำเป็นสำหรับวิธีการนี้ ยกเว้นตัวอย่างของเหลวที่แรงดันที่ใช้ไม่มีนัยสำคัญ การคำนวณค่าความต้านทานความร้อนประกอบด้วยผลรวมของค่าความต้านทานความร้อนของตัวอย่างและค่าความต้านทานความร้อนของอินเทอร์เฟซ

การคำนวณค่าการนำความร้อนที่ชัดเจนต้องมีการกำหนดความหนาของตัวอย่างที่จะทดสอบอย่างแม่นยำ เครื่องมือต่าง ๆ สามารถใช้เพื่อควบคุม ตรวจสอบ และวัดความหนาของชิ้นงานทดสอบได้ ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุ หากขนาดของตัวอย่างอาจเปลี่ยนแปลงระหว่างการทดสอบ ความหนาของตัวอย่างทดสอบสามารถควบคุมได้โดยใช้ลิ่มหรือตัวหยุดเชิงกล หากขนาดของตัวอย่างอาจเปลี่ยนแปลงระหว่างการทดสอบ สามารถตรวจสอบความหนาของตัวอย่างทดสอบได้ระหว่างการทดสอบโดยการวัดความหนาในสถานที่ ความหนาของชิ้นงานทดสอบสามารถวัดได้ตามที่ผลิตขึ้นที่อุณหภูมิห้องตามวิธีการทดสอบ C ของมาตรฐาน ASTM D374 หากพบการเบี่ยงเบนจากแรงอัดเล็กน้อย

มาตรฐานนี้วัดค่าอิมพีแดนซ์ความร้อนสถานะคงที่ของวัสดุฉนวนไฟฟ้าที่ใช้เพื่อปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนในการใช้งานด้านไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ มาตรฐานนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการวัดคุณสมบัติการนำความร้อนของตัวอย่างที่มีความบางมากหรือไม่มีเสถียรภาพเชิงกลเพียงพอที่จะให้วางเซ็นเซอร์อุณหภูมิในตัวอย่างได้ เช่นใน ASTM E1225

มาตรฐานนี้ใช้รูปแบบการไหลของความร้อนในอุดมคติและกำหนดอุณหภูมิการทดสอบตัวอย่างโดยเฉลี่ย ค่าความต้านทานความร้อนที่วัดด้วยวิธีนี้จะไม่สามารถนำไปใช้ได้โดยตรงในแอปพลิเคชันจริงส่วนใหญ่ หากไม่มีเงื่อนไขการนำความร้อนแบบขนานและสม่ำเสมอที่จำเป็นเหล่านี้

มาตรฐานนี้มีประโยชน์สำหรับการวัดค่าความต้านทานความร้อนของวัสดุประเภทต่อไปนี้

• ประเภทที่ 1: ของเหลวหนืดที่แสดงการเสียรูปที่ไม่จำกัดเมื่อได้รับแรงกด ซึ่งรวมถึงสารประกอบของเหลว เช่น จารบี แป้ง และวัสดุเปลี่ยนสถานะ วัสดุเหล่านี้ไม่แสดงพฤติกรรมยืดหยุ่นหรือแนวโน้มที่จะกลับไปสู่รูปร่างเดิมหลังจากแรงดึงเบี่ยงเบนถูกขจัดออกไป
• ประเภทที่ II: ของแข็งที่มีความหนืดและความยืดหยุ่นสูง ซึ่งความเค้นจากการเสียรูปจะได้รับการปรับสมดุลในที่สุดโดยความเค้นของวัสดุภายใน จึงจำกัดการเสียรูปเพิ่มเติมได้ ตัวอย่างเช่น วัสดุยางที่อ่อนและแข็งจะแสดงสมบัติยืดหยุ่นแบบเชิงเส้นโดยมีความเบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับความหนาของวัสดุ
• ประเภทที่ III: ของแข็งยืดหยุ่นที่แสดงการเบี่ยงเบนเล็กน้อย เช่น เซรามิก โลหะ และพลาสติกบางชนิด

ค่าการนำความร้อนที่ชัดเจนของตัวอย่างสามารถคำนวณได้จากค่าความต้านทานความร้อนที่วัดได้และความหนาของตัวอย่างที่วัดได้ หากค่าความต้านทานความร้อนของอินเทอร์เฟซมีค่าเล็กน้อยจนละเลยได้ (โดยปกติแล้วจะน้อยกว่า 1 เปอร์เซ็นต์) เมื่อเทียบกับค่าความต้านทานความร้อนของตัวอย่าง ค่าการนำความร้อนที่ชัดเจนของวัสดุตัวอย่างสามารถระบุได้อย่างแม่นยำโดยการแยกความต้านทานความร้อนของอินเทอร์เฟซออก ทำได้โดยการวัดค่าความต้านทานความร้อนของวัสดุที่ทดสอบที่มีความหนาต่างกัน และวางแผนค่าความต้านทานความร้อนเทียบกับความหนา ส่วนกลับของความชันของเส้นตรงที่ได้คือค่าการนำความร้อนที่ชัดเจน จุดตัดที่ความหนาเป็นศูนย์คือผลรวมของความต้านทานการสัมผัสที่พื้นผิวทั้งสอง สามารถลดความต้านทานการสัมผัสได้โดยการใช้จารบีหรือน้ำมันระบายความร้อนลงบนพื้นผิวการทดสอบของชิ้นงานทดสอบที่แข็ง (ประเภท III)

องค์กรของเราซึ่งพยายามสนับสนุนธุรกิจจากทุกภาคส่วนด้วยการทดสอบ การวัด การวิเคราะห์และการประเมินที่หลากหลายซึ่งได้ดำเนินการมาเป็นเวลาหลายปี มีบุคลากรที่แข็งแกร่งซึ่งติดตามการพัฒนาของโลกในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างใกล้ชิด และปรับปรุงตัวเองอย่างต่อเนื่อง ในบริบทนี้ ยังมีการให้บริการทดสอบแก่ธุรกิจต่างๆ ตามมาตรฐาน "วิธีการทดสอบมาตรฐาน ASTM D5470-12 สำหรับคุณสมบัติการนำความร้อนของวัสดุฉนวนไฟฟ้าที่นำความร้อน"