ICS29.035.01電氣絕緣材料熱傳導(dǎo)性能試驗(yàn)方法 I 4 46意義和應(yīng)用 10報(bào)告 I本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)電氣絕緣材料與絕緣系統(tǒng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC301)歸口。Ⅱ1GB/T29313—2012電氣絕緣材料熱傳導(dǎo)性能試驗(yàn)方法本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電氣絕緣材料熱傳導(dǎo)性能的試驗(yàn)方法。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T4132—1996絕熱材料及相關(guān)術(shù)語(yǔ)(neqISO7345:1987)GB/T10294—2008絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定防護(hù)熱板法(ISO8302:1991,IDT)GB/T10295—2008絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定熱流計(jì)法(ISO8301:1991,IDT)ASTMC168—10有關(guān)絕熱的術(shù)語(yǔ)(StandardTerminologyRelatingtoThermalInsulation)ASTMC518—10用熱流計(jì)法測(cè)定穩(wěn)態(tài)熱傳遞性能的試驗(yàn)方法(StandardTestMethodforSteadyStateThermalTransmissionPropertiesbyMeansoftheHeatFlowMeterApparatusThermalConductivityofSolidsbyMeansoftheGuardedComparativeLongitudinalHeatFlowTech-niqueASTME1530—06用護(hù)熱熱流計(jì)法評(píng)定材料熱阻的試驗(yàn)方法(StandardTestMethodforEvaluatingtheResistancetoThermaASTMD5470—06(2011)導(dǎo)熱電氣絕緣材料熱傳導(dǎo)性能的試驗(yàn)方法(StandardTestMethodforThermalTransmissionPropertiesofThermallyConductiveElectricalInsulationMaterials)3.1術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。熱傳遞2GB/T29313—2012熱遷移[GB/T4132—1996,6.1.6]3.1.3Q3.1.4熱流密度arealdensityofheatflowrateq通過(guò)垂直于熱流方向單位面積的熱流，單位為瓦每平方米(W/m2)。3.1.5表面平均溫度averagetemperatureof按面積加權(quán)得到的平均溫度。3.1.6導(dǎo)熱系數(shù)thermalconductivityλ3.1.7熱導(dǎo)率thermalconductanceC3.1.8熱阻率r[GB/T4132—1996,6.2.6]3.1.9R3.1.10表觀導(dǎo)熱系數(shù)等效導(dǎo)熱系數(shù)有效導(dǎo)熱系數(shù)apparentthermalconductivityequivalentthermalconductivityeffectivethermalconductivity3GB/T29313—2012等試驗(yàn)條件有關(guān)，由表觀導(dǎo)熱系數(shù)推演得到的表觀熱導(dǎo)率和熱阻只對(duì)相同條件下的系統(tǒng)有效。如無(wú)特注：改寫(xiě)ASTMD5470—06(2011),1.2、3.1.1。3.1.116組件(包括材料及材料界面)對(duì)熱流的全部阻礙，單位為平方米開(kāi)每瓦[(m2·K)/W]。與表觀導(dǎo)熱3.1.12接觸熱阻contactresistanceR試驗(yàn)時(shí)，使試樣與等溫面板之間的接觸面上產(chǎn)生單位熱流密度所需的溫差，單位為平方米開(kāi)每瓦[ASTMD5470—06(2011),3.1.6]3.2符號(hào)下列符號(hào)適用于本文件(見(jiàn)表1)。符號(hào)物理量單位Q熱流Wq熱流密度λ導(dǎo)熱系數(shù)表觀導(dǎo)熱系數(shù)C熱導(dǎo)率R熱阻θ熱阻抗A試樣橫截面積d試樣厚度m冷、熱試驗(yàn)面溫差℃或K4GB/T29313—20124試驗(yàn)方法概要本試驗(yàn)方法基于一種被一塊厚度均勻的試樣隔離的兩個(gè)平行等溫面板之間理想化的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)(見(jiàn)圖1):達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，由于兩個(gè)與試樣接觸的等溫面的溫差所產(chǎn)生的溫度梯度作用在試樣上，引起熱滿足本標(biāo)準(zhǔn)要求的儀器的主要特征見(jiàn)圖2和圖3,儀器具備的功能應(yīng)能完成本標(biāo)準(zhǔn)所需的測(cè)試，技術(shù)要求應(yīng)符合5.2。圖2和圖3所示的儀器結(jié)構(gòu)是一種可行的但并非唯一的工程解決方案。(2011)、ASTME1530—06、ASTMC518—10等標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的儀器均符合第4章規(guī)定的方法原理。5.2技術(shù)要求5.2.1加熱器加熱器可以是電加熱器，也可以是帶溫控的液體循環(huán)加熱器。典型的電加熱器是用埋在高導(dǎo)熱金屬塊內(nèi)的回形加熱線圈制成。液體循環(huán)加熱器由金屬熱交換器和溫度受控的循環(huán)液體組成，循環(huán)液體的流量以及溫度都應(yīng)受到控制。護(hù)熱器由環(huán)繞在試驗(yàn)裝置的熱屏蔽組成，用以消除側(cè)向熱泄漏。護(hù)熱器與試驗(yàn)裝置的溫差應(yīng)保持5mm厚的環(huán)氧板相當(dāng)。5護(hù)熱器護(hù)熱器壓力護(hù)熱器加熱器上熱流計(jì)下熱流計(jì)GB/T29313—2012護(hù)熱器護(hù)熱器壓力護(hù)熱器加熱器上熱流計(jì)下熱流計(jì)壓力壓力加熱器恒溫冷卻裝置圖2無(wú)護(hù)熱的熱流計(jì)試驗(yàn)裝置圖3帶護(hù)熱的熱流計(jì)試驗(yàn)裝置5.2.3恒溫冷卻裝置冷卻裝置通常由被循環(huán)冷卻液冷卻的金屬塊組成，冷卻液的溫度穩(wěn)定性應(yīng)在±0.2K以內(nèi)。5.2.4熱流計(jì)在測(cè)試溫度范圍內(nèi)，構(gòu)成熱流計(jì)的材料應(yīng)具有導(dǎo)熱性證書(shū)，并具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，其導(dǎo)熱系數(shù)的溫度敏感性必須適合于熱流的精確測(cè)量。推薦使用導(dǎo)熱系數(shù)大于50W/(m·K)的材料。5.2.5等溫面及其溫度測(cè)量可以用熱流計(jì)來(lái)測(cè)定等溫面的溫度，即由熱流計(jì)的溫度線性布局外推到等溫面得到，高溫端熱流計(jì)和低溫端熱流計(jì)都可以這樣做。熱流計(jì)既可以同時(shí)用于測(cè)定熱流和等溫面溫度，也可以僅用于兩者之一。也可以用熱電偶來(lái)測(cè)定等溫面的溫度，但熱電偶須非常靠近等溫面。6GB/T29313—20125.2.6接觸壓力液壓裝置。方向應(yīng)垂直于等溫面，并可保持等溫面之間平行并對(duì)準(zhǔn)。5.2.7接觸熱阻試樣接觸熱阻存在于試樣與等溫面之間，由熱流計(jì)算得到的試樣熱阻抗中包含了接觸熱阻，故其大小直接影響到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。接觸熱阻的大小取決于試樣表面的特性和施加在試樣上的壓力。因此，應(yīng)該對(duì)施加在試樣上的壓力予以測(cè)定，并記錄為次級(jí)測(cè)試結(jié)果，對(duì)于液體樣品，由于施加的應(yīng)力很可以用下述方法扣除接觸熱阻：先測(cè)定待試材料在不同厚度下的熱阻抗，然后用熱阻抗對(duì)試樣厚度對(duì)于硬質(zhì)試樣，可以在等溫面上涂以導(dǎo)熱膏或?qū)嵊停詼p小接觸熱阻。如果接觸熱阻與試樣熱阻相比小于1%,可以忽略不計(jì)接觸熱阻，直接用測(cè)得的熱阻抗、試樣厚度計(jì)算試樣的表觀導(dǎo)熱系數(shù)。5.2.8試樣厚度測(cè)量由于試樣表觀導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算需要準(zhǔn)確知道試樣的厚度，故需要根據(jù)材料類(lèi)型采用適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)監(jiān)控和測(cè)量試樣的厚度。對(duì)于在試驗(yàn)過(guò)程中尺寸會(huì)發(fā)生變化的試樣，可以采用墊片或機(jī)械限位來(lái)控制試樣的厚度，或采用在線厚度測(cè)量裝置來(lái)監(jiān)視試樣厚度的變化。如果在試驗(yàn)過(guò)程中，試樣的壓縮變形和線膨脹系數(shù)微不足道，可以在室溫下事先測(cè)定試樣的厚度。試樣厚度測(cè)量的精度應(yīng)在試樣標(biāo)稱(chēng)厚度的1%以內(nèi)。基于按第4章要求的理想化的測(cè)試裝置，儀器具有的功能應(yīng)可用于以下參數(shù)的測(cè)定或計(jì)算：TH——高溫等溫面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開(kāi)爾文(K);Tr——低溫等溫面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開(kāi)爾文(K);d——試樣的厚度，單位為米(m);6意義和應(yīng)用本標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的是電氣絕緣材料的穩(wěn)態(tài)熱阻抗，這些材料常用來(lái)改善電氣電子設(shè)備的散熱和熱傳導(dǎo)。樣品。本標(biāo)準(zhǔn)利用的是一種理想化的熱流模式，由此測(cè)得的熱阻抗不能直接用于大多數(shù)特定的應(yīng)用場(chǎng)合，因?yàn)檫@些場(chǎng)合通常不滿足本標(biāo)準(zhǔn)要求的熱流均勻、平行的熱傳導(dǎo)條件。本標(biāo)準(zhǔn)適合于測(cè)試以下材料類(lèi)型的熱阻抗：I型——受到應(yīng)力時(shí)會(huì)發(fā)生無(wú)限形變的各種黏性液體，例如：油脂、膏狀物和相變材料。這些材料無(wú)彈性特征，在移除應(yīng)力后無(wú)恢復(fù)到原來(lái)形狀的趨勢(shì)。7GB/T29313—20127試樣試樣尺寸應(yīng)與儀器等溫面板尺寸相符。通常情況下，試樣的面積應(yīng)與儀器等溫面板相同。如果儀7.2試樣厚度控制試樣厚度的方法應(yīng)取決于材料的類(lèi)型：I型試樣——可采用墊片或者其他機(jī)械限位的方法來(lái)控制試樣厚度。也可以采用特定直徑的限位珠來(lái)限位，珠體所占的體積率大約為2%,事先混到樣品內(nèi)。不超過(guò)試樣標(biāo)稱(chēng)厚度的1%。7.3試樣加工及正常化處理正常化處理?xiàng)l件按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。如產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)無(wú)規(guī)定，推薦采用的正常化處理?xiàng)l件為：在溫度(23±2)℃、相對(duì)濕度(50±5)%下正常化處理24h。8試驗(yàn)程序8.1測(cè)定試樣厚度8.1.1配備有在線厚度測(cè)量裝置的儀器清除干凈等溫面上的塵埃，合上等溫面板并施予與試驗(yàn)時(shí)給試樣施加的相同的壓力。啟動(dòng)加熱和8.1.2不配備有在線厚度測(cè)量裝置的儀器8.2安裝試樣8GB/T29313—20128.3閉合等溫面板8.3.1I型試樣采用墊片來(lái)控制I型試樣的厚度時(shí)，施加的壓力不要過(guò)大，只要能把多余的樣品擠出、并接觸到墊片即可，過(guò)大的壓力可能會(huì)引起墊片損壞等溫面板。對(duì)于安裝有導(dǎo)向限位螺桿、機(jī)電裝置、液壓裝置等控制上等溫面板位置的儀器，不規(guī)定夾緊力的大小。對(duì)于有相變的試樣，可以將等溫面板溫度升到試樣熔點(diǎn)以上，使相變材料發(fā)生流動(dòng)從而貼緊面板。8.3.2Ⅱ型試樣對(duì)于類(lèi)型Ⅱ試樣，應(yīng)兼顧到夾住試樣需要一定的壓力，還要考慮到使接觸熱阻最小化。對(duì)于柔軟的試樣，壓力可以小到0.069MPa(10psi);對(duì)于硬質(zhì)試樣，壓力可以大到3.4MPa(500psi)。對(duì)于容易變形的類(lèi)型Ⅱ材料，也可以采用螺桿或線性驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制試樣的厚度。8.3.3Ⅲ型試樣對(duì)于Ⅲ型試樣，應(yīng)在試樣與等溫面板的接觸面上涂以導(dǎo)熱膏或?qū)嵊停詼p小接觸熱阻，并要求壓力足夠大，以便將涂敷在接觸面上的多余的導(dǎo)熱膏擠出，并將不平的試樣表面弄平。對(duì)于光滑平整的試樣，可使用黏度較低的導(dǎo)熱膏，壓力可以小到0.69MPa(100psi);對(duì)于不夠平整8.4系統(tǒng)平衡啟動(dòng)加熱和恒溫冷卻裝置，待系統(tǒng)在設(shè)置溫度下達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，記錄等溫面的溫度、在線厚度測(cè)量裝置的讀數(shù)、通過(guò)熱流計(jì)的熱流或施加在量熱計(jì)電加熱器上的電壓和電流。時(shí)間間隔下各測(cè)量點(diǎn)的溫度讀數(shù)波動(dòng)小于±0.1℃,或者熱流變化小于1%。9計(jì)算9.1熱流用2個(gè)熱流計(jì)測(cè)量熱流時(shí)，按式(1)計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)通過(guò)試樣的平均熱流： (1)Q穩(wěn)態(tài)時(shí)通過(guò)試樣的平均熱流，單位為瓦(W);QH——穩(wěn)態(tài)時(shí)通過(guò)高溫?zé)崃饔?jì)的熱流，單位為瓦(W);QL——穩(wěn)態(tài)時(shí)通過(guò)低溫?zé)崃饔?jì)中的熱流，單位為瓦(W)。用量熱計(jì)測(cè)量熱流時(shí)，按式(2)計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)通過(guò)試樣的熱流：Q——穩(wěn)態(tài)時(shí)通過(guò)試樣的平均熱流，單位為瓦(W);V——穩(wěn)態(tài)時(shí)施加在量熱計(jì)加熱器上的電壓，單位為伏特(V);I——穩(wěn)態(tài)時(shí)施加在量熱計(jì)加熱器上的電流，單位為安培(A)。9.2試樣平均溫度按式(3)計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)試樣的平均溫度： (3)式中：T——穩(wěn)態(tài)時(shí)試樣的平均溫度，單位為攝氏度(℃)或開(kāi)爾文(K);TH——穩(wěn)態(tài)時(shí)高溫等溫面板與試樣接觸的表面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開(kāi)爾文(K);T?——穩(wěn)態(tài)時(shí)低溫等溫面板與試樣接觸的表面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開(kāi)爾文(K)。9.3熱阻抗按式(4)計(jì)算試樣的熱阻抗：式中：θ——試樣的熱阻抗，單位為平方米開(kāi)每瓦[(m2·K)/W];A—試樣的橫截面積，單位為平方米(m2);Q——穩(wěn)態(tài)時(shí)通過(guò)試樣的平均熱流，單位為瓦(W);TH——穩(wěn)態(tài)時(shí)高溫等溫面板與試樣接觸的表面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開(kāi)爾文(K);Ti——穩(wěn)態(tài)時(shí)低溫等溫面板與試樣接觸的表面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開(kāi)爾文(K)。9.4表觀導(dǎo)熱系數(shù)9.4.1可忽略接觸熱阻時(shí)如5.2.7所述，如果接觸熱阻不大于試樣熱阻的1%,可以直接用測(cè)得的熱阻抗，按式(5)計(jì)算試樣的表觀導(dǎo)熱系數(shù)：λa———試樣的表觀導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦每米開(kāi)[W/(m·K)];d——試樣厚度，單位為米(m);θ——試樣的熱阻抗，單位為平方米開(kāi)每瓦[(m2·K)/W]。如果接觸熱阻大于試樣熱阻的1%,應(yīng)至少測(cè)定3種不同厚度的樣品在相同試驗(yàn)溫度下的熱阻抗，隨試樣厚度減小，通