复合材料导热系数测量

导热系数测试案例

多层复合材料的导热系数测量

导热系数是针对纯质或者均匀材料而言的，在实际应用中，通常会遇到多种材料形成的多层复合材料，此时称为材料的平均导热系数或者表观导热系数。

根据传热学，对于多层复合材料，当各层之间的导热系数相差不大时，可以用热阻串联公式表示，比如对于两层复合材料可以表示为：

其中，λ1、λ2分别表示两层材料的导热系数，δ1、δ2表示两层材料的厚度，λ和δ分别表示复合材料的整体平均导热系数和整体厚度；

上述公式的前提是，各层材料之间的导热系数差异不大（ISO8302中给出垂直方向和水平方向的差异不能超过2倍），否则材料本身较大的各向异性将产生较大的测量误差。

基于瞬态热线法的TC3000系列导热系数仪在测量材料的导热系数过程中，对样品要求较低，加热功率很小，几秒钟内获得数据，不会破坏试验样品的基本状态，除获得多层样品整体平均导热系数外，还可以对某些双层样品分别获得各自的导热系数，具有明显的测量研究优势。

利用TC3010对某玻璃钢复合样品的导热系数进行研究，该样品由玻璃钢基体和保护涂层组成，如下图示意；

图1玻璃钢基体多层复合材料

对玻璃钢、保护涂层、整体的导热系数分别进行了测试，测试结果见表1。同时，根据两层的测量结果和上式对整体材料的导热系数进行了计算，根据公式和各层的直接测量结果计算得到的整体复合材料的平均导热系数为0.2839W/(m·K)；可以看到测试结果与理论计算值的偏差为0.39%，说明测试结果具有较高的准确度。

表1. 玻璃钢复合样品的各层及整体平均导热系数

更多关于瞬态热线法和仪器设备的介绍，详见固体导热系数仪。