Page 115 - 《橡塑技术与装备》2017年17期（9月橡胶版）

新技术与新产品 刘世杰 等·一种基于稳态热流法的导热系数测定仪器及方法

一种基于稳态热流法的导热系数

测定仪器及方法

An instrument and method for measuring the thermal
conductivity based on steady-state heat flow method

刘世杰，吴鹏章，王梦蛟，戴德盈
( 怡维怡橡胶研究院有限公司，山东 青岛 2660456)

摘要 ： 稳态热流法适合用于测定橡胶材料热传导能力，详细介绍了基于 ASTM-D5470 研发的导热系数测定仪器的工作原理、
系统组成，并对大量试验数据进行了统计分析。
关键词 ： 导热系数 ；稳态热流法 ； ASTM-D5470
中图分类号 ： TQ330.48 文章编号 ： 1009-797X(2017)17-0045-04
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2017.17.010

导热系数是表征材料热传导能力大小的物理量。 十几分钟内即可有效地对材料的导热性能进行评估。
目前导热系数的测定方法有很多种，它们有不同的适
用领域、测量范围、精度、准确度和试样尺寸要求等， 1 测试原理
归纳起来可分为稳态法和非稳态法两大类 [1] 。稳态法 稳态热流法是美国材料测试协会制定的热导率测
适合于中等温度下测量的导热材料，如岩土、塑料、 试标准方法（ASTM—D5470），是基于测试厚度均匀
橡胶、玻璃、绝热保温材料等低导热系数材料 ；非稳 试样的两平行等温界面中的理想热传导性能。本仪器
态法适合于高温条件下测量的导热材料，如金属、石 测试原理如图 1 所示 [2] 。
墨烯、合金、陶瓷、粉末、纤维等同质均匀的高导热 图中符号含义为 ： T 1 为热测试棒的较高温度，K ；
系数材料。 T 2 为热测试棒的较低温度，K ； T 3 为冷测试棒的较高
随着科技的进步，电子电器领域中电子元器件、 温度，K ； T 4 为冷测试棒的较低温度，K ； T H 为与试
逻辑电路逐渐向轻、薄、小的方向发展，随之而来的 样接触的热测试棒表面的温度，K ； T C 为与试样接触
问题是各种电子元器件发热量的增加。能否有效地去 的冷测试棒表面的温度， K； Q 12 为热测试棒的热流， W；
除电子设备产生的热量，这关系到产品的使用寿命和 Q 34 为冷测试棒的热流，W ； d A 为 T 1 和 T 2 的间距，m ；
质量的可靠性，从而使得高导热绝缘材料的应用越来 d B 为 T 2 到与试样接触的热测试棒表面的间距，m ； d C
越广泛。其中，导热硅脂就是导热材料中重要的一员， 为 T 3 和 T 4 的间距，m ； d D 为 T 4 到与试样接触的冷测
其在发热体和散热器之间可以形成良好的导热通路， 试棒表面的间距，m。
可大幅度降低接触热阻，显著改善散热效果。所以， 试样上端面通过热测试棒与一个稳定的加热源相
准确测定导热硅脂的导热系数，对于改善其导热性能 连，试样下端面通过冷测试棒与一个稳定的冷却源相
而言具有重要的意义。 连。测试棒需由高导热材料制成，且导热率 λ 已知，
基于这一市场需求，我公司开发了一款适用于测 如铜、铝等金属，同时上下测试表面应满足 0.4 μm 的
量导热硅脂导热性能的仪器，该仪器基于稳态热流法 粗糙度和 5 μm 的平行度，以保证最大限度的减小测
测量技术，使用两个稳定的冷热源、自主设计的控制
作者简介 ：刘世杰（1984-），男，工程师，硕士研究生，
和分析软件、以及一维有限温差模型，可方便地对材 主要从事橡胶行业仪器研发及应用工作。
料导热性能进行测量。该仪器测试准确快速，在短短 收稿日期 ：2017-04-10

年
2017 第 43 卷 ·45·