GBT 29313-2012 电气绝缘材料热传导性能试验方法

ICS29.035.01电气绝缘材料热传导性能试验方法 I 4 46意义和应用 10报告 I本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标准化技术委员会(SAC/TC301)归口。Ⅱ1GB/T29313—2012电气绝缘材料热传导性能试验方法本标准规定了电气绝缘材料热传导性能的试验方法。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T4132—1996绝热材料及相关术语(neqISO7345:1987)GB/T10294—2008绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法(ISO8302:1991,IDT)GB/T10295—2008绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法(ISO8301:1991,IDT)ASTMC168—10有关绝热的术语(StandardTerminologyRelatingtoThermalInsulation)ASTMC518—10用热流计法测定稳态热传递性能的试验方法(StandardTestMethodforSteadyStateThermalTransmissionPropertiesbyMeansoftheHeatFlowMeterApparatusThermalConductivityofSolidsbyMeansoftheGuardedComparativeLongitudinalHeatFlowTech-niqueASTME1530—06用护热热流计法评定材料热阻的试验方法(StandardTestMethodforEvaluatingtheResistancetoThermaASTMD5470—06(2011)导热电气绝缘材料热传导性能的试验方法(StandardTestMethodforThermalTransmissionPropertiesofThermallyConductiveElectricalInsulationMaterials)3.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件。热传递2GB/T29313—2012热迁移[GB/T4132—1996,6.1.6]3.1.3Q3.1.4热流密度arealdensityofheatflowrateq通过垂直于热流方向单位面积的热流，单位为瓦每平方米(W/m²)。3.1.5表面平均温度averagetemperatureof按面积加权得到的平均温度。3.1.6导热系数thermalconductivityλ3.1.7热导率thermalconductanceC3.1.8热阻率r[GB/T4132—1996,6.2.6]3.1.9R3.1.10表观导热系数等效导热系数有效导热系数apparentthermalconductivityequivalentthermalconductivityeffectivethermalconductivity3GB/T29313—2012等试验条件有关，由表观导热系数推演得到的表观热导率和热阻只对相同条件下的系统有效。如无特注：改写ASTMD5470—06(2011),1.2、3.1.1。3.1.116组件(包括材料及材料界面)对热流的全部阻碍，单位为平方米开每瓦[(m²·K)/W]。与表观导热3.1.12接触热阻contactresistanceR试验时，使试样与等温面板之间的接触面上产生单位热流密度所需的温差，单位为平方米开每瓦[ASTMD5470—06(2011),3.1.6]3.2符号下列符号适用于本文件(见表1)。符号物理量单位Q热流Wq热流密度λ导热系数表观导热系数C热导率R热阻θ热阻抗A试样横截面积d试样厚度m冷、热试验面温差℃或K4GB/T29313—20124试验方法概要本试验方法基于一种被一块厚度均匀的试样隔离的两个平行等温面板之间理想化的稳态热传导(见图1):达到稳态后，由于两个与试样接触的等温面的温差所产生的温度梯度作用在试样上，引起热满足本标准要求的仪器的主要特征见图2和图3,仪器具备的功能应能完成本标准所需的测试，技术要求应符合5.2。图2和图3所示的仪器结构是一种可行的但并非唯一的工程解决方案。(2011)、ASTME1530—06、ASTMC518—10等标准中规定的仪器均符合第4章规定的方法原理。5.2技术要求5.2.1加热器加热器可以是电加热器，也可以是带温控的液体循环加热器。典型的电加热器是用埋在高导热金属块内的回形加热线圈制成。液体循环加热器由金属热交换器和温度受控的循环液体组成，循环液体的流量以及温度都应受到控制。护热器由环绕在试验装置的热屏蔽组成，用以消除侧向热泄漏。护热器与试验装置的温差应保持5mm厚的环氧板相当。5护热器护热器压力护热器加热器上热流计下热流计GB/T29313—2012护热器护热器压力护热器加热器上热流计下热流计压力压力加热器恒温冷却装置图2无护热的热流计试验装置图3带护热的热流计试验装置5.2.3恒温冷却装置冷却装置通常由被循环冷却液冷却的金属块组成，冷却液的温度稳定性应在±0.2K以内。5.2.4热流计在测试温度范围内，构成热流计的材料应具有导热性证书，并具有较高的导热系数，其导热系数的温度敏感性必须适合于热流的精确测量。推荐使用导热系数大于50W/(m·K)的材料。5.2.5等温面及其温度测量可以用热流计来测定等温面的温度，即由热流计的温度线性布局外推到等温面得到，高温端热流计和低温端热流计都可以这样做。热流计既可以同时用于测定热流和等温面温度，也可以仅用于两者之一。也可以用热电偶来测定等温面的温度，但热电偶须非常靠近等温面。6GB/T29313—20125.2.6接触压力液压装置。方向应垂直于等温面，并可保持等温面之间平行并对准。5.2.7接触热阻试样接触热阻存在于试样与等温面之间，由热流计算得到的试样热阻抗中包含了接触热阻，故其大小直接影响到试验结果的准确度。接触热阻的大小取决于试样表面的特性和施加在试样上的压力。因此，应该对施加在试样上的压力予以测定，并记录为次级测试结果，对于液体样品，由于施加的应力很可以用下述方法扣除接触热阻：先测定待试材料在不同厚度下的热阻抗，然后用热阻抗对试样厚度对于硬质试样，可以在等温面上涂以导热膏或导热油，以减小接触热阻。如果接触热阻与试样热阻相比小于1%,可以忽略不计接触热阻，直接用测得的热阻抗、试样厚度计算试样的表观导热系数。5.2.8试样厚度测量由于试样表观导热系数的计算需要准确知道试样的厚度，故需要根据材料类型采用适当的方法来监控和测量试样的厚度。对于在试验过程中尺寸会发生变化的试样，可以采用垫片或机械限位来控制试样的厚度，或采用在线厚度测量装置来监视试样厚度的变化。如果在试验过程中，试样的压缩变形和线膨胀系数微不足道，可以在室温下事先测定试样的厚度。试样厚度测量的精度应在试样标称厚度的1%以内。基于按第4章要求的理想化的测试装置，仪器具有的功能应可用于以下参数的测定或计算：TH——高温等温面的温度，单位为摄氏度(℃)或开尔文(K);Tr——低温等温面的温度，单位为摄氏度(℃)或开尔文(K);d——试样的厚度，单位为米(m);6意义和应用本标准测定的是电气绝缘材料的稳态热阻抗，这些材料常用来改善电气电子设备的散热和热传导。样品。本标准利用的是一种理想化的热流模式，由此测得的热阻抗不能直接用于大多数特定的应用场合，因为这些场合通常不满足本标准要求的热流均匀、平行的热传导条件。本标准适合于测试以下材料类型的热阻抗：I型——受到应力时会发生无限形变的各种黏性液体，例如：油脂、膏状物和相变材料。这些材料无弹性特征，在移除应力后无恢复到原来形状的趋势。7GB/T29313—20127试样试样尺寸应与仪器等温面板尺寸相符。通常情况下，试样的面积应与仪器等温面板相同。如果仪7.2试样厚度控制试样厚度的方法应取决于材料的类型：I型试样——可采用垫片或者其他机械限位的方法来控制试样厚度。也可以采用特定直径的限位珠来限位，珠体所占的体积率大约为2%,事先混到样品内。不超过试样标称厚度的1%。7.3试样加工及正常化处理正常化处理条件按产品标准规定。如产品标准无规定，推荐采用的正常化处理条件为：在温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)%下正常化处理24h。8试验程序8.1测定试样厚度8.1.1配备有在线厚度测量装置的仪器清除干净等温面上的尘埃，合上等温面板并施予与试验时给试样施加的相同的压力。启动加热和8.1.2不配备有在线厚度测量装置的仪器8.2安装试样8GB/T29313—20128.3闭合等温面板8.3.1I型试样采用垫片来控制I型试样的厚度时，施加的压力不要过大，只要能把多余的样品挤出、并接触到垫片即可，过大的压力可能会引起垫片损坏等温面板。对于安装有导向限位螺杆、机电装置、液压装置等控制上等温面板位置的仪器，不规定夹紧力的大小。对于有相变的试样，可以将等温面板温度升到试样熔点以上，使相变材料发生流动从而贴紧面板。8.3.2Ⅱ型试样对于类型Ⅱ试样，应兼顾到夹住试样需要一定的压力，还要考虑到使接触热阻最小化。对于柔软的试样，压力可以小到0.069MPa(10psi);对于硬质试样，压力可以大到3.4MPa(500psi)。对于容易变形的类型Ⅱ材料，也可以采用螺杆或线性驱动器来控制试样的厚度。8.3.3Ⅲ型试样对于Ⅲ型试样，应在试样与等温面板的接触面上涂以导热膏或导热油，以减小接触热阻，并要求压力足够大，以便将涂敷在接触面上的多余的导热膏挤出，并将不平的试样表面弄平。对于光滑平整的试样，可使用黏度较低的导热膏，压力可以小到0.69MPa(100psi);对于不够平整8.4系统平衡启动加热和恒温冷却装置，待系统在设置温度下达到稳态后，记录等温面的温度、在线厚度测量装置的读数、通过热流计的热流或施加在量热计电加热器上的电压和电流。时间间隔下各测量点的温度读数波动小于±0.1℃,或者热流变化小于1%。9计算9.1热流用2个热流计测量热流时，按式(1)计算稳态时通过试样的平均热流： (1)Q稳态时通过试样的平均热流，单位为瓦(W);QH——稳态时通过高温热流计的热流，单位为瓦(W);QL——稳态时通过低温热流计中的热流，单位为瓦(W)。用量热计测量热流时，按式(2)计算稳态时通过试样的热流：Q——稳态时通过试样的平均热流，单位为瓦(W);V——稳态时施加在量热计加热器上的电压，单位为伏特(V);I——稳态时施加在量热计加热器上的电流，单位为安培(A)。9.2试样平均温度按式(3)计算稳态时试样的平均温度： (3)式中：T——稳态时试样的平均温度，单位为摄氏度(℃)或开尔文(K);TH——稳态时高温等温面板与试样接触的表面的温度，单位为摄氏度(℃)或开尔文(K);T₁——稳态时低温等温面板与试样接触的表面的温度，单位为摄氏度(℃)或开尔文(K)。9.3热阻抗按式(4)计算试样的热阻抗：式中：θ——试样的热阻抗，单位为平方米开每瓦[(m²·K)/W];A—试样的横截面积，单位为平方米(m²);Q——稳态时通过试样的平均热流，单位为瓦(W);TH——稳态时高温等温面板与试样接触的表面的温度，单位为摄氏度(℃)或开尔文(K);Ti——稳态时低温等温面板与试样接触的表面的温度，单位为摄氏度(℃)或开尔文(K)。9.4表观导热系数9.4.1可忽略接触热阻时如5.2.7所述，如果接触热阻不大于试样热阻的1%,可以直接用测得的热阻抗，按式(5)计算试样的表观导热系数：λa———试样的表观导热系数，单位为瓦每米开[W/(m·K)];d——试样厚度，单位为米(m);θ——试样的热阻抗，单位为平方米开每瓦[(m²·K)/W]。如果接触热阻大于试样热阻的1%,应至少测定3种不同厚度的样品在相同试验温度下的热阻抗，随试样厚度减小，通