汽車制造和航空航天對材料的要求特別高。這些設計的功能和耐用性取決于材料的性質和適用性,以及車輛乘員(包括司機、飛行員、宇航員和乘客)的健康狀況。
在有些高度敏感的地區選擇材料的決定性因素是熱物理性質。這些性能可以通過變形分析、材料測試或裂紋測試來確定,這就是熱管理在汽車應用和其他行業中的重要性。
熱物理測量技術為汽車、卡車、飛機、衛星或載人航天領域的研究與開發提供了理想工具。這種測試對于零部件檢測、質量控制、工藝優化及 / 或失效分析至關重要。
車輛在使用過程中因暴露于各種環境影響,其外觀、功能和使用壽命可能發生變化。我們的儀器所提供的氣候測試在發現問題和產品改進中發揮重要作用,包括橡膠熱擴散率的測試。
林賽斯也為此提供了適用于測定熱物理數據的測量設備。
前言
含碳材料、有機物和聚合物高溫加熱后通常會燃燒掉,因此,對這類材料的熱分解研究有點特殊,在大多數情況下,首先需要在惰性氣氛中進行加熱,而不是在空氣中進行,以便能夠看到分解和熱解的效果,隨后將惰性氣體切換成氧氣或空氣,使材料所含的碳燃燒掉。如果在同步熱分析儀(STA)上執行此程序,則可以測量碳含量,無機物含量和釋放的熱量。
實驗
使用同步熱分析儀 STA L81 測量工業橡膠樣品,樣品分三步進行加熱測量,升溫速率均為 30 k/min ,開始通入 N2 氣氛。
藍色曲線表示該樣品相對失重百分比。在第一個失重步驟中,發生樣品脫水。水分含量為 9.3 % 。對應的 DTA 信號(紫色曲線)在水分蒸發過程中沒有表現出任何變化。
在第二步反應中,揮發性組分在 N2 氣氛下熱解釋放。這些成分的含量為 36.0 % 。它們的釋放可以通過 DTA 曲線上的放熱反應峰來識別。在第三步反應中,將氣氛切換成 O2 ,使剩余的碳燃燒掉,樣品重量減少了 14.3 % ,剩下的 40.4 % 為無機成分,如灰燼、污泥或填料。
前言
所研究的樣品由堆疊的金屬板組成,金屬板與金屬板之間涂覆絕緣的粘合劑。該樣品配置用于汽車電氣化領域。測量的目的是檢查接觸壓力對導熱系數和熱阻抗的影響。
實驗
樣品分別在室溫和 100 ℃ 溫度下,施加 0.1 MPa 和 1 MPa 的接觸壓力進行測量。如下圖顯示了熱阻抗與不同堆疊金屬板厚度的關系,導熱系數對應于線性擬合斜率的倒數,接觸熱阻對應于與 y 軸的交點。導熱系數和接觸熱阻的計算結果如下:
從室溫至 100 ℃ ,金屬復合板的導熱系數隨溫度的升高而降低。同時,從結果也可以看出,在較低的接觸壓力下,測量得到的熱阻抗較高,導熱系數和接觸熱阻也較高。這意味著,樣品的導熱性能隨著所施加的接觸壓力的不同而發生變化,這種變化可能與金屬板之間的可變形粘結層有關。因此可通過施加不同的接觸壓力來滿足實際的應用需求。
前言
聚酰亞胺是一種高性能聚合物,適用于極端熱、電和機械應力的環境,具有尺寸熱穩定性,低導熱性和導電性,優異的耐磨損和承載性能,耐化學腐蝕和耐輻射等顯著的性能。與傳統的金屬材料、陶瓷和聚合物相比,聚酰亞胺的優勢還在于使許多元器件可以制作得更輕便、更耐腐蝕。聚酰亞胺的應用非常廣泛,主要用于航空航天,半導體和汽車技術等領域。
實驗
使用 TIM-Tester 在 50 °C(TH = 70 °C,TC = 30 °C)和 1 MPa 的接觸壓力下測量尺寸為 25 mm × 25 mm 的聚酰亞胺樣品的熱阻抗。為確定導熱系數和熱接觸電阻,測量了在 1.1 mm 到 3.08 mm 之間的三個不同厚度的樣品。如下圖所示,測得的導熱系數為擬合直線斜率的倒數(0.35 W/(m·K)),接觸熱阻對應于與 y 軸的交點(截距)。
前言
橡膠具有良好的動態性能,具有較高的抗拉強度、高彈性和回彈性。通過添加不同的聚合物,可以開發出具有優異性能的橡膠制品,如良好的耐化學性、阻燃性和耐油性。因此,橡膠制品具有廣泛的應用領域,如汽車行業,食品工業,化學工業和機械工程等。橡膠的導熱系數是衡量其導熱性能的指標,這一數據對于了解橡膠在不同應用場景下的熱傳導性能至關重要。
實驗
如圖所示,使用 THB-100(新型號 THB Basic,Advance,Ultimate)測量了 5 種不同橡膠制品的導熱系數。將傳感器放置在兩個樣品之間,使用夾具將兩個樣品和傳感器壓實,以便于樣品和傳感器具有良好的接觸。并將該裝置放置在一個高溫爐中,從室溫至 150 ℃ 的溫度下進行測量。結果表明,不同的橡膠制品分別具有不同或較為相似的熱導率。在測量的溫度范圍內,所有樣品的導熱系數均隨著溫度的升高而增加。
前言
熱分析不僅包括高溫下的測量,還涵蓋極低溫度下的實驗。有許多領域對低溫甚至極低溫下的測量很感興趣,例如,在衛星技術、太空旅行或者量子計算機中,所使用材料必須承受的溫度低于 10 K(-260 ℃)。
當然,在這個溫度范圍內,材料的熱膨脹、相變以及反應活性等特性都必須了解清楚。對于熱膨脹測量,林賽斯 DIL L75 系列熱膨脹儀可以配備一個閉路循環的氦低溫恒溫器,從而能夠在 10 K 的溫度范圍內進行測量。
實驗
在這個例子中,使用林賽斯 DIL L75 垂直低溫熱膨脹儀對一個銅標準樣品在 10 K 到 400 K(-260 ℃ 到 125 ℃)的溫度區間內進行了測量。將樣品放置在儀器中,對樣品室抽真空,然后以可控的冷卻速率將樣品冷卻至 10 K ,接著以 5 K/min 的可控升溫速率進行指定的膨脹測量。正如曲線所示,在 -260 ℃ 到 -200 ℃ 之間存在一個非線性膨脹區域,隨后從 -200 ℃ 到 125 ℃ 的溫度區間內則是呈現線性膨脹的趨勢。