ASTM E1952-11 調製溫差掃描量熱法測定熱導率和熱擴散率的標準測試方法

美國材料與試驗協會 (ASTM) 制定的標準「ASTM E1952-11 透過調製溫度差示掃描量熱法測定熱導率和熱擴散率的標準測試方法」描述了透過調製溫度差示掃描量熱法測定 0,10 至 1,0 W⁄(Km) 導引率範圍內的均質、無孔固體材料的熱導率的程序。此範圍包括許多聚合物、玻璃和陶瓷材料。也可以推導出熱擴散率，它透過比熱容和密度與熱導率相關。可以在 0 至 90 度範圍內的一個或多個溫度下確定熱導率和擴散率。

為了本標準的目的，本標準中使用的某些技術術語，包括校準、差示掃描量熱法、熱容量、調製溫度、精度、參考材料、相對標準偏差、重複性、再現性、比熱容量、標準偏差、熱分析、熱導率和熱導率，在 ASTM E473-21、ASTM E1142-23 中有定義。

具體來說，對於本標準，調製溫度差示掃描量熱儀是指差示掃描量熱儀的一種，除了傳統的等溫或溫度斜坡程序外，它還為測試樣品提供正弦變化的溫度程序。分析結果包括表觀熱容量和比熱容量。

在進行測試時，可以使用調製溫度方法來確定測試樣本的熱容量，其中將振盪或週期性重複的溫度程序（圍繞平均溫度）應用於測試樣本，從而產生振盪（週期性）熱流進入或流出樣本。將產生的熱流幅度除以產生此熱流的振盪（週期性）溫度幅度，可以得到測試樣本的熱容量。比熱容是通過將熱容標準化為樣品質量而獲得的。

用這種方法得到的熱容量的精度取決於實驗條件。當對封裝在高熱導率樣品盤中的薄測試樣品進行長期（低頻）溫度振盪處理時，假設測試樣品已實現均勻的溫度分佈，並且所得的熱容量資訊與其他非振盪測試方法相當。

當厚試樣的一端暴露於短期（高頻）溫度振盪時，試樣會根據其熱擴散率獲得沿其長度的溫度分佈。這樣得到的表觀熱容量資訊比上面描述的均勻溫度分佈情況要低，並且與試驗樣品熱導率的平方根成正比。

試樣的熱導率可以透過厚試樣的表觀熱容量、薄試樣的真實熱容量以及一些幾何和經驗常數來得出。

如果試樣的熱導率較低，接近周圍吹掃氣體的熱導率，則需要對測量的熱導率進行校正，以補償因厚試樣造成的熱損失。

熱擴散率是根據所確定的試樣的熱導率、比熱容和密度得出的。

熱導率是衡量材料熱傳遞速率的一個有用的設計參數。此測試方法的結果可用於設計目的、服務評估、生產控制、研究和開發以及危害評估。

由於熱分析中使用的樣品尺寸約為 10 至 100 毫克，因此必須小心確保其均勻或具有材料代表性，或兩者兼而有之。計算熱導率需要了解該樣品的幾何形狀。此測試方法需要特定的樣品尺寸和形狀。透過對計算方程式進行適當的改變，可以使用其他幾何形狀。

取樣時選取兩個正圓柱體，公稱直徑均為6,3mm。第一個測試樣本的標稱厚度為 0,4 毫米，第二個測試樣本的標稱厚度為 3,5 毫米。最方便的獲取這些測試樣本的方法是將其從直徑為 6,35 毫米的棒材（一種常見的材料）上切割下來。也可以使用其他製造技術，例如使用蘑菇鑽從板材上切割、從板材上加工或模製。使用 600 號砂紙將測試樣本的圓形端面打磨至光滑且平行度為±30 µm。

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