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2019.May.07

Hot Disk热传导标准测试方法最新应用


 

导热系数与热扩散系数是材料的重要热物理性质参数。 聚合物材料的导热系数一般在0.2~1W/mK范围内。 对于这种低导热材料的测试,传统最常采用的测试方法为稳态法,如稳态热平板法(Guarded Hot Plate)和稳态热流计法(Heat Flow Meter),对应的标准方法有ASTM C177、C518、E1530、D5470等。 但对于这些稳态测试方法而言,对于样品本身尺寸及厚度都有一定要求的限制,测试一个温度点下的导热系数通常也需花费至少30分钟以上。 近年来由于科技发展以及3C产品的普及,市场以开发高导热材料的需求大量增加,瞬态测试的技术快速发展,许多瞬态技术在导热材料中得到了应用,如ASTM E1461、D5930,为了规范材料瞬态测试方法, ISO提出了多个瞬态标准测试方法ISO 22007,按照测试参数将ISO标准分为以下几类:

(1) 导热系数与热扩散系数
瞬态平面热源法(Hot Disk) – ISO 22007 – 2
 
(2) 热扩散系数
温度波分析法 – ISO 22007 – 3 雷射闪光法 – ISO 22007 – 4
 
在ISO 22007中对多个瞬态测试方法订定了规范,本篇将针对ISO 22007 – 2 瞬态平面热源法(Hot Disk)做基本的介绍。 在ISO 22007 – 2 明订了测试的规范:
 
►Thermal Conductivity:0.01 ~ 500 W/mK
►Thermal Diffiusivity:0.1 ~ 100 mm2/s
►Specific Heat Capacity:Up to 5 MJ/m3K
►Temperature range:50K ~ 1000K
随着技术的开发与进步,目前Hot Disk已能做到:
 
►Thermal Conductivity:0.005 ~ 1800 W/mK
►Thermal Diffiusivity:0.01 ~ 1200 mm2/s
►Specific Heat Capacity:Up to 5 MJ/m3K
►Temperature range:-235 ~ 1000℃
 
因应各式不同高低导热材料的测试应用,Hot Disk在测试模块分为了八大类:

(1) Isotropic (量测范围: 0.03W/mK ~ 500W/mK)
(2) Anisotropic (量测范围: 0.005W/mK ~ 1500W/mK)
(3) Slab (量测范围: 1W/mK ~ 1500W/mK)
(4) Thin film (量测范围: 0.01W/mK ~ 5W/mK)
(5) Single side (量测范围: 0.1W/mK ~ 500W/mK)
(6) One-dimentional (量测范围: 1W/mK ~ 1800W/mK)
(7) Low-density/High insulating (量测范围: 0.01W/mK ~ 0.5W/mK)
(8) Specific Heat Capacity Module (量测范围: Up to 5MJ/m3K)

从极低导热(如:气凝胶Aerogel )到高导热材料(如:石墨片Graphite.石墨烯Graphene),不同型态的样品(块材.薄膜.液体.粉体.膏体...),不同材料的测试应用(等向性.异方向性.比热...) 都得以用Hot Disk来量测。

举例来说:
(1)在一般测试比热的标准方法,通常都是采用热示差扫描卡量计(DSC)来进行量测,但在现今的客户应用中,有些材料是属于多层复合材料且不适合用于裁切的(如锂电池),因此在DSC比热的量测上就显得困难。 Hot Disk在比热的测试上开发最新的Sample holder,得以因应体积较大的材料比热测试,同时也使得测量时的热均匀性更佳。

(2)客户应用为高分子熔融状态下的热传导系数量测,对于典型接触式的热传导设备而言,在测试上也具有困难性。 在这个部分,Hot Disk也与加拿大热传导设备大厂Thermtest合作开发出专门针对这种测试应用的套件,得以解决过往客户对于高分子熔融状态热传导量测的需求。
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目前科迈斯科技也于亚洲地区独家代理Thermtest 手携式热传导系数仪TLS-100,遵循ASTM D5334标准方法,可以针对土壤及岩石直接进行采样量测,另外包含THW-L2,遵循ASTM D7896-14, 特别针对液体及膏体的样品;也包含符合ASTM C518测试规范的HFM 100,可以针对低导热的材料(绝缘材料.建筑隔热材.纺织品...) 进行量测。 在各式不同材料的热传导应用,科迈斯都得以提供最适合的量测设备,替客户找到材料测试最佳解决办法。
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