ICS29.035.01電氣絕緣材料熱傳導性能試驗方法 I 4 46意義和應用 10報告 I本標準按照GB/T1.1—2009給出的規則起草。本標準由全國電氣絕緣材料與絕緣系統評定標準化技術委員會(SAC/TC301)歸口。Ⅱ1GB/T29313—2012電氣絕緣材料熱傳導性能試驗方法本標準規定了電氣絕緣材料熱傳導性能的試驗方法。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。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絕熱材料及相關術語(neqISO7345:1987)GB/T10294—2008絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定防護熱板法(ISO8302:1991,IDT)GB/T10295—2008絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定熱流計法(ISO8301:1991,IDT)ASTMC168—10有關絕熱的術語(StandardTerminologyRelatingtoThermalInsulation)ASTMC518—10用熱流計法測定穩態熱傳遞性能的試驗方法(StandardTestMethodforSteadyStateThermalTransmissionPropertiesbyMeansoftheHeatFlowMeterApparatusThermalConductivityofSolidsbyMeansoftheGuardedComparativeLongitudinalHeatFlowTech-niqueASTME1530—06用護熱熱流計法評定材料熱阻的試驗方法(StandardTestMethodforEvaluatingtheResistancetoThermaASTMD5470—06(2011)導熱電氣絕緣材料熱傳導性能的試驗方法(StandardTestMethodforThermalTransmissionPropertiesofThermallyConductiveElectricalInsulationMaterials)3.1術語和定義下列術語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按面積加權得到的平均溫度。3.1.6導熱系數thermalconductivityλ3.1.7熱導率thermalconductanceC3.1.8熱阻率r[GB/T4132—1996,6.2.6]3.1.9R3.1.10表觀導熱系數等效導熱系數有效導熱系數apparentthermalconductivityequivalentthermalconductivityeffectivethermalconductivity3GB/T29313—2012等試驗條件有關，由表觀導熱系數推演得到的表觀熱導率和熱阻只對相同條件下的系統有效。如無特注：改寫ASTMD5470—06(2011),1.2、3.1.1。3.1.116組件(包括材料及材料界面)對熱流的全部阻礙，單位為平方米開每瓦[(m2·K)/W]。與表觀導熱3.1.12接觸熱阻contactresistanceR試驗時，使試樣與等溫面板之間的接觸面上產生單位熱流密度所需的溫差，單位為平方米開每瓦[ASTMD5470—06(2011),3.1.6]3.2符號下列符號適用于本文件(見表1)。符號物理量單位Q熱流Wq熱流密度λ導熱系數表觀導熱系數C熱導率R熱阻θ熱阻抗A試樣橫截面積d試樣厚度m冷、熱試驗面溫差℃或K4GB/T29313—20124試驗方法概要本試驗方法基于一種被一塊厚度均勻的試樣隔離的兩個平行等溫面板之間理想化的穩態熱傳導(見圖1):達到穩態后，由于兩個與試樣接觸的等溫面的溫差所產生的溫度梯度作用在試樣上，引起熱滿足本標準要求的儀器的主要特征見圖2和圖3,儀器具備的功能應能完成本標準所需的測試，技術要求應符合5.2。圖2和圖3所示的儀器結構是一種可行的但并非唯一的工程解決方案。(2011)、ASTME1530—06、ASTMC518—10等標準中規定的儀器均符合第4章規定的方法原理。5.2技術要求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加熱器。典型的電加熱器是用埋在高導熱金屬塊內的回形加熱線圈制成。液體循環加熱器由金屬熱交換器和溫度受控的循環液體組成，循環液體的流量以及溫度都應受到控制。護熱器由環繞在試驗裝置的熱屏蔽組成，用以消除側向熱泄漏。護熱器與試驗裝置的溫差應保持5mm厚的環氧板相當。5護熱器護熱器壓力護熱器加熱器上熱流計下熱流計GB/T29313—2012護熱器護熱器壓力護熱器加熱器上熱流計下熱流計壓力壓力加熱器恒溫冷卻裝置圖2無護熱的熱流計試驗裝置圖3帶護熱的熱流計試驗裝置5.2.3恒溫冷卻裝置冷卻裝置通常由被循環冷卻液冷卻的金屬塊組成，冷卻液的溫度穩定性應在±0.2K以內。5.2.4熱流計在測試溫度范圍內，構成熱流計的材料應具有導熱性證書，并具有較高的導熱系數，其導熱系數的溫度敏感性必須適合于熱流的精確測量。推薦使用導熱系數大于50W/(m·K)的材料。5.2.5等溫面及其溫度測量可以用熱流計來測定等溫面的溫度，即由熱流計的溫度線性布局外推到等溫面得到，高溫端熱流計和低溫端熱流計都可以這樣做。熱流計既可以同時用于測定熱流和等溫面溫度，也可以僅用于兩者之一。也可以用熱電偶來測定等溫面的溫度，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。方向應垂直于等溫面，并可保持等溫面之間平行并對準。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結果的準確度。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，應該對施加在試樣上的壓力予以測定，并記錄為次級測試結果，對于液體樣品，由于施加的應力很可以用下述方法扣除接觸熱阻：先測定待試材料在不同厚度下的熱阻抗，然后用熱阻抗對試樣厚度對于硬質試樣，可以在等溫面上涂以導熱膏或導熱油，以減小接觸熱阻。如果接觸熱阻與試樣熱阻相比小于1%,可以忽略不計接觸熱阻，直接用測得的熱阻抗、試樣厚度計算試樣的表觀導熱系數。5.2.8試樣厚度測量由于試樣表觀導熱系數的計算需要準確知道試樣的厚度，故需要根據材料類型采用適當的方法來監控和測量試樣的厚度。對于在試驗過程中尺寸會發生變化的試樣，可以采用墊片或機械限位來控制試樣的厚度，或采用在線厚度測量裝置來監視試樣厚度的變化。如果在試驗過程中，試樣的壓縮變形和線膨脹系數微不足道，可以在室溫下事先測定試樣的厚度。試樣厚度測量的精度應在試樣標稱厚度的1%以內。基于按第4章要求的理想化的測試裝置，儀器具有的功能應可用于以下參數的測定或計算：TH——高溫等溫面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開爾文(K);Tr——低溫等溫面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開爾文(K);d——試樣的厚度，單位為米(m);6意義和應用本標準測定的是電氣絕緣材料的穩態熱阻抗，這些材料常用來改善電氣電子設備的散熱和熱傳導。樣品。本標準利用的是一種理想化的熱流模式，由此測得的熱阻抗不能直接用于大多數特定的應用場合，因為這些場合通常不滿足本標準要求的熱流均勻、平行的熱傳導條件。本標準適合于測試以下材料類型的熱阻抗：I型——受到應力時會發生無限形變的各種黏性液體，例如：油脂、膏狀物和相變材料。這些材料無彈性特征，在移除應力后無恢復到原來形狀的趨勢。7GB/T29313—20127試樣試樣尺寸應與儀器等溫面板尺寸相符。通常情況下，試樣的面積應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取決于材料的類型：I型試樣——可采用墊片或者其他機械限位的方法來控制試樣厚度。也可以采用特定直徑的限位珠來限位，珠體所占的體積率大約為2%,事先混到樣品內。不超過試樣標稱厚度的1%。7.3試樣加工及正常化處理正常化處理條件按產品標準規定。如產品標準無規定，推薦采用的正常化處理條件為：在溫度(23±2)℃、相對濕度(50±5)%下正常化處理24h。8試驗程序8.1測定試樣厚度8.1.1配備有在線厚度測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時給試樣施加的相同的壓力。啟動加熱和8.1.2不配備有在線厚度測量裝置的儀器8.2安裝試樣8GB/T29313—20128.3閉合等溫面板8.3.1I型試樣采用墊片來控制I型試樣的厚度時，施加的壓力不要過大，只要能把多余的樣品擠出、并接觸到墊片即可，過大的壓力可能會引起墊片損壞等溫面板。對于安裝有導向限位螺桿、機電裝置、液壓裝置等控制上等溫面板位置的儀器，不規定夾緊力的大小。對于有相變的試樣，可以將等溫面板溫度升到試樣熔點以上，使相變材料發生流動從而貼緊面板。8.3.2Ⅱ型試樣對于類型Ⅱ試樣，應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。對于柔軟的試樣，壓力可以小到0.069MPa(10psi);對于硬質試樣，壓力可以大到3.4MPa(500psi)。對于容易變形的類型Ⅱ材料，也可以采用螺桿或線性驅動器來控制試樣的厚度。8.3.3Ⅲ型試樣對于Ⅲ型試樣，應在試樣與等溫面板的接觸面上涂以導熱膏或導熱油，以減小接觸熱阻，并要求壓力足夠大，以便將涂敷在接觸面上的多余的導熱膏擠出，并將不平的試樣表面弄平。對于光滑平整的試樣，可使用黏度較低的導熱膏，壓力可以小到0.69MPa(100psi);對于不夠平整8.4系統平衡啟動加熱和恒溫冷卻裝置，待系統在設置溫度下達到穩態后，記錄等溫面的溫度、在線厚度測量裝置的讀數、通過熱流計的熱流或施加在量熱計電加熱器上的電壓和電流。時間間隔下各測量點的溫度讀數波動小于±0.1℃,或者熱流變化小于1%。9計算9.1熱流用2個熱流計測量熱流時，按式(1)計算穩態時通過試樣的平均熱流： (1)Q穩態時通過試樣的平均熱流，單位為瓦(W);QH——穩態時通過高溫熱流計的熱流，單位為瓦(W);QL——穩態時通過低溫熱流計中的熱流，單位為瓦(W)。用量熱計測量熱流時，按式(2)計算穩態時通過試樣的熱流：Q——穩態時通過試樣的平均熱流，單位為瓦(W);V——穩態時施加在量熱計加熱器上的電壓，單位為伏特(V);I——穩態時施加在量熱計加熱器上的電流，單位為安培(A)。9.2試樣平均溫度按式(3)計算穩態時試樣的平均溫度： (3)式中：T——穩態時試樣的平均溫度，單位為攝氏度(℃)或開爾文(K);TH——穩態時高溫等溫面板與試樣接觸的表面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開爾文(K);T?——穩態時低溫等溫面板與試樣接觸的表面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開爾文(K)。9.3熱阻抗按式(4)計算試樣的熱阻抗：式中：θ——試樣的熱阻抗，單位為平方米開每瓦[(m2·K)/W];A—試樣的橫截面積，單位為平方米(m2);Q——穩態時通過試樣的平均熱流，單位為瓦(W);TH——穩態時高溫等溫面板與試樣接觸的表面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開爾文(K);Ti——穩態時低溫等溫面板與試樣接觸的表面的溫度，單位為攝氏度(℃)或開爾文(K)。9.4表觀導熱系數9.4.1可忽略接觸熱阻時如5.2.7所述，如果接觸熱阻不大于試樣熱阻的1%,可以直接用測得的熱阻抗，按式(5)計算試樣的表觀導熱系數：λa———試樣的表觀導熱系數，單位為瓦每米開[W/(m·K)];d——試樣厚度，單位為米(m);θ——試樣的熱阻抗，單位為平方米開每瓦[(m2·K)/W]。如果接觸熱阻大于試樣熱阻的1%,應至少測定3種不同厚度的樣品在相同試驗溫度下的熱阻抗，隨試樣厚度減小，通