材料結構的變化與含雜質等因素都會對導熱系數產生明顯的影響。由于導熱性能有許多種測量方法，事先必須考慮到材料導熱系數的大致范圍和樣品特征，以及使用溫度的大致范圍，以選用正確的測量方法。本文介紹了導熱系數測量的基本理論與定義，熱流法、保護平板法測量導熱系數的原理與應用。

 

 

穩態測試方法主要適用于測量中低導熱系數材料。穩態法就是當待測試樣上溫度分布達到穩定后，通過測量試樣內的溫度分布和穿過試樣的熱流來測出導熱系數。穩態法通常要求試樣質地均勻、干燥、平直、表面光滑。穩態法測導熱系數的基本原理圖及公式為：

                          λ=Qd/ A△T；單位:W/(m•K)

                               注意：穩態條件下；材料應為單一均質的干燥材料。

                               Q:熱流穩定后，通過試樣的熱流量（w）；

                               d:試樣厚度(m)；

                               A:試樣面積(m)；

                               :溫度差(℃)。

熱流計法

 

熱流計法是一種基于一維穩態導熱原理的比較法。將樣品插入兩個平板間，在其垂直方向通入一個恒定的單向的熱流，使用校正過的熱流傳感器測量通過樣品的熱流，傳感器在平板與樣品之間和樣品接觸。熱流法適用于低導熱材料，測試時將樣品夾在兩個熱流傳感器中間測試，在達到溫度梯度穩定期后，測量樣品的厚度、上下板間的溫度梯度及通過樣品的熱流便可計算得到導熱系數的絕對值。適合測試導熱系數范圍為0.001~50W/m•K 的材料如導熱膠、玻璃、陶瓷、金屬、鋁基板等低導熱材料。

 

 

護熱平板法

護熱板法導熱儀的工作原理和使用熱板與冷板的熱流法導熱儀相似，保護熱板法的測量原理如下圖所示。熱源位于同一材料的兩塊樣品中間。熱板周圍的保護加熱器與樣品的放置方式確保從熱板到輔助加熱器的熱流是線性的、一維的。當試樣上、下兩面處于不同的穩定溫度下，測量通過試樣有效傳熱面積的熱流及試樣上、下表面的溫度及厚度，應用傅立葉導熱方程計算Tm溫度時的導熱系數。

 

 

 

                         導熱系數λ=Qd/ A（（t2-t1）+（t4-t3））

                         Q:熱流穩定后，通過試樣的熱流量；

                         d:試樣厚度；

                         A:試樣面積；

                         t2-t1/t4-t3:溫度差。

 

該法誤差較小且可用于測定低溫導熱系數材料（0.02-2.0W/m•K）如塑料、纖維、陶瓷基板、氧化鋁瓷、空心玻璃、各種保溫材料等勻質板狀材料。試樣應是均質的硬質材料，兩表面應平整光滑且平行。在用該法對不良導體的導熱系數測定時，不宜采用厚度較小的不良導體平板作為實驗樣品。

參考標準：

ASTM D5470-2012熱導性電絕緣材料的熱傳輸特性的標準試驗方法

GB/T 10295-2008 絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定 熱流計法

GB/T 3399-1982塑料導熱系數試驗方法 護熱平板法

GB/T 3139-2005纖維增強塑料導熱系數試驗方法

作者簡介：

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