精准测量材料导热系数的测试方法——热线法
精准测量材料导热系数的测试方法——热线法
热线法是一种精准测量材料导热系数的测试方法，在材料科学和工程应用中具有重要价值。本文将从测试标准、送样要求、测试设备到具体流程，为您全面介绍热线法的原理和应用。
测试标准：ASTM D5930
热线法的测试标准之一是ASTM D5930，这一标准专门针对使用瞬态线源技术（热线法）测量塑料的热导率。它为固态塑料材料提供了一种快速、准确的测量方法，适用于板材、薄膜以及纤维增强塑料等多种形态。
常用的其他标准有：
- GB/T 10297、ASTMD5334
- GB/T 11205、ASTMC1113
依据不同的产品及测试要求选取不同的标准。
送样要求
样品尺寸：长：50-100mm、宽：50mm-100mm、厚：5-50mm，样品数量：2块
为了确保测试的准确性和可重复性，样品的送检要求至关重要。
首先，样品应具有代表性，能够反映整批材料的平均特性。
其次，样品的形状和尺寸需符合标准要求，通常需要是规定尺寸的板材或圆柱形样品。
第三，样品表面应平整、干净，无明显缺陷。
最后，提供材料的详细信息，包括类型、密度、预期的热导率范围等，以协助测试过程。
测试设备
测试温度：-40℃～200℃
热线法测试的核心设备是瞬态线源装置，它包含一个细长的加热线（热线）和温度传感器。在测试过程中，加热线被嵌入到样品中，通过控制加热线的加热功率并实时监测温度变化，利用专门的算法计算出材料的热导率。
图1 KDRX-I I导热仪
测试流程
测试开始前，将样品按照规定的方式固定在测试台上，确保加热线位于样品中心。
随后，加热线按照预定程序加热，同时，温度传感器记录样品的温度变化。
测试结束后，根据测得的温度变化数据，通过特定软件分析计算出样品的热导率。
具体流程如下：
- 稳定的直流电源，输出值的变化小于0.5%；
- 测量加热功率的误差应小于0.5%；
- 测量热线温升仪表的分辨率不低于0.02K，其时间常数小于2S；
- 热线由低电阻温度系数的合金材料制成，其直径不大于0.35mm。热线在测量过程中，电阻值随温度的变化不大于0.5%；
- 电压引出线应采用与热线相同的材料，其直径应尽可能小。
- 式样叠合的平面应平整，其不平度小于0.2%，且不大于0.3mm。保证热线与式样的两平面贴合良好。
图2 导热系数测试结果案例
材料研发和质量控制的重要性
热线法测试提供了一种理想的解决方案，用于材料的研发、性能评估和质量控制。它不仅能帮助制造商优化产品设计，提高产品性能，还能确保材料满足特定应用的安全和效率要求。
总之，热线法是一种先进、准确的材料测试方法，ASTM D5930标准为塑料等材料的热导率测试提供了权威指南。通过遵循严格的送样要求和使用专业的测试设备，我们能够获得高度可靠和可重复的测试结果，为材料的研发和应用提供坚实的科学依据。