ISO 22007-6-2014 Plastics - Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity - Part 6 Comparative method for low thermal conductivities using a tem.pdf

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1、 ISO 2014 Plastiques Dtermination de la conductivit thermique et de la diffusivit thermique Partie 6: Mthode comparative pour faibles conductivits thermiques utilisant une technique de modulation de la temprature Plastics Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity Part 6: Comparat

2、ive method for low thermal conductivities using a temperature-modulation technique NORME INTERNATIONALE ISO 22007-6 Premire dition 2014-06-01 Numro de rfrence ISO 22007-6:2014(F) ISO 22007-6:2014(F)ii ISO 2014 Tous droits rservs DOCUMENT PROTG PAR COPYRIGHT ISO 2014 Droits de reproduction rservs. Sa

3、uf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie, laffichage sur linternet ou sur un Intranet, sans autorisation crite pralable. Les demandes dautorisation

4、 peuvent tre adresses lISO ladresse ci-aprs ou au comit membre de lISO dans le pays du demandeur. ISO copyright office Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.org Web www.iso.org Publi en Suisse ISO 22007-6:2014(F) ISO 2014 Tous droits rserv

5、s iii Sommaire Page Avant-propos iv Introduction v 1 Domaine dapplication . 1 2 Rfrences normatives . 1 3 T ermes et dfinitions . 2 4 Principe 3 5 Appareillage 4 6 prouvettes 6 6.1 Temprature de mesure 6 6.2 Gomtrie du matriau de la sonde 6 6.3 Aire de lprouvette . 6 6.4 paisseur de lprouvette 6 7 M

6、ode opratoire 6 8 Expression des rsultats. 7 8.1 Reprsentation graphique 7 8.2 Vrification . 8 9 Rapport dessai . 8 Annexe A (informative) Rsultats obtenus pour la conductivit thermique des plastiques alvolaires .10 Annexe B (informative) paisseur infinie 12 Bibliographie .13 ISO 22007-6:2014(F) Ava

7、nt-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de fa

8、ire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent galement aux travaux. L ISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation lectr

9、otechnique. Les procdures utilises pour laborer le prsent document et celles destines sa mise jour sont dcrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des diffrents critres dapprobation requis pour les diffrents types de documents ISO. Le prsent document a

10、 t rdig conformment aux rgles de rdaction donnes dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www. iso.org/directives). Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de droits analogues. LISO ne saurait tre ten

11、ue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur existence. Les dtails concernant les rfrences aux droits de proprit intellectuelle ou autres droits analogues identifis lors de llaboration du document sont indiqus dans lIntroduction et/ou dans la liste des dcl

12、arations de brevets reues par lISO (voir www.iso.org/brevets). Les appellations commerciales ventuellement mentionnes dans le prsent document sont donnes pour information, par souci de commodit, lintention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement. Pour une explication de la signific

13、ation des termes et expressions spcifiques de lISO lis lvaluation de la conformit, ou pour toute information au sujet de ladhsion de lISO aux principes de lOMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos Informations supplmentaires. Le comit charg de lla

14、boration du prsent document est lISO/TC 61, Plastiques, sous-comit SC 5, Proprits physicochimiques. LISO 22007 comprend les parties suivantes, prsentes sous le titre gnral Plastiques Dtermination de la conductivit thermique et de la diffusivit thermique: Partie 1: Principes gnraux Partie 2: Mthode d

15、e la source plane transitoire (disque chaud) Partie 3: Mthode par analyse de loscillation de la temprature Partie 4: Mthode flash laser Partie 5: Rsultats dessai interlaboratoires du poly(mthacrylate de mthyle) Rapport technique Partie 6: Mthode comparative pour faibles conductivits thermiques utili

16、sant une technique de modulation de la tempratureiv ISO 2014 Tous droits rservs ISO 22007-6:2014(F) Introduction Avec les conomies dnergie, les proprits disolation thermique ont pris de limportance. Pour la conception thermique des plastiques lchelle microscopique, il est ncessaire de disposer dune

17、mthode permettant de mesurer la conductivit thermique plus faible et plus petite chelle avec une petite quantit dprouvette, par exemple un plateau pour aliments, un film dimpression thermique, une feuille glifie pour les composants lectriques lintrieur dun ordinateur portable, une pte adhsive, etc.

18、Un systme double dtecteur avec une thermopile de haute sensibilit, plac des distances diffrentes dans le champ de temprature module et command par un thermo-module Peltier, est propos pour la dtermination de la conductivit thermique des plastiques. Un paramtre de dcroissance est utilis pour dtermine

19、r la conductivit thermique de lchantillon. Cette mthode est applique pour mesurer la faible conductivit thermique dans la plage en dessous de 1,0 W/mK . Contrairement une mthode par choc ou transitoire, la technique de modulation de la temprature se caractrise par une rsolution haute sensibilit et h

20、aute temprature, dans laquelle lutilisation dun amplificateur de blocage rduit toute influence ventuelle du bruit et des interfrences. La conductivit thermique des matriaux faiblement conducteurs de chaleur est gnralement dtermine en mesurant les gradients de temprature plus importants qui sont prod

21、uits par un flux de chaleur constant dans lchantillon selon une gomtrie unidimensionnelle. Afin de rduire les erreurs dues au rayonnement et la convection, il est souvent ncessaire dutiliser des chantillons de grande taille et de forme prcise, et de procder avec le plus grand soin pour que cette tec

22、hnique fonctionne. La prsente partie de lISO 22007 spcifie une mthode de modulation de la temprature permettant de dterminer la conductivit thermique avec une faible variation de la temprature, en rduisant le plus possible linfluence du rayonnement et de la convection. ISO 2014 Tous droits rservs v

23、Plastiques Dtermination de la conductivit thermique et de la diffusivit thermique Partie 6: Mthode comparative pour faibles conductivits thermiques utilisant une technique de modulation de la temprature 1 Domaine dapplication La prsente partie de lISO 22007 spcifie une mthode de modulation de la tem

24、prature permettant de mesurer la conductivit thermique. Lcart de temprature dentre est infrieur 1 K et une mthode double blocage est applique pour amplifier la faible modulation de temprature. LISO 22007-3 spcifie une mthode de modulation de la temprature dans laquelle le dcalage de phase est mesur

25、ltat pais thermiquement, kd 1 avec k = (/2) 1/2 , tant la frquence angulaire de loscillation de temprature, la diffusivit thermique et d lpaisseur de lprouvette. Dans cet tat, le matriau du support ninfluence pas les rsultats de dcalage de phase sur le dtecteur, sur lequel loscillation de temprature

26、 dcrot de manire exponentielle. En revanche, si kd 1, la dcroissance de la modulation de la temprature est influence par les matriaux du support. Partant de ce principe, la prsente partie de lISO 22007 spcifie la mthode permettant de dterminer la conductivit thermique de lchantillon (par exemple un

27、matriau de support), en comparant la dcroissance de loscillation de temprature dtecte sur les deux surfaces du matriau de la sonde. La conductivit thermique est dtermine partir de la corrlation entre limpdance thermique et le rapport de dcroissance de lamplitude laide de deux matriaux de rfrence mes

28、urs la mme frquence et la mme temprature. La plage de conductivit thermique couverte est ajuste en fonction des matriaux de rfrence et des matriaux de la sonde. En principe, la conductivit thermique est dtermine dans la plage allant de 0,026 W/mK 0,6 W/m K . En cas dapplication de la mthode des matr

29、iaux non homognes, il faut veiller choisir les conditions de mesure appropries en fonction de la profondeur de pntration thermique. 2 Rfrences normatives Les documents suivants, en tout ou partie, sont rfrencs de faon normative dans le prsent document et sont indispensables pour son application. Pou

30、r les rfrences dates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de rfrence sapplique (y compris les ventuels amendements). ISO 472, Plastiques Vocabulaire ISO 22007-1, Plastiques Dtermination de la conductivit thermique et de la diffusivit thermique Par

31、tie 1: Principes gnraux ISO 22007-3, Plastiques Dtermination de la conductivit thermique et de la diffusivit thermique Partie 3: Mthode par analyse de loscillation de la temprature NORME INTERNATIONALE ISO 22007-6:2014(F) ISO 2014 Tous droits rservs 1 ISO 22007-6:2014(F) ISO/TR 22007-5, Plastiques D

32、termination de la conductivit thermique et de la diffusivit thermique Partie 5: Rsultats dessais interlaboratoires du poly(mthacrylate de mthyle) ISO 80000-5, Grandeurs et units Partie 5: Thermodynamique 3 T ermes et dfinitio ns Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions donns dan

33、s lISO 472, lISO 22007-1, lISO 22007-3 et lISO 80000-5 ainsi que les suivants sappliquent. 3.1 amplitude de la modulation de temprature Amp amplitude de loscillation de temprature gnre par une source de chaleur puissance module Note 1 larticle: Elle est exprime en Kelvin. 3.2 gain rapport de lAmp en

34、tre x = d et x = 0; rapport de lamplitude entre les surfaces avant (x = 0) et arrire (x = d) du matriau de la sonde T T Amp Amp dx d x 00oT 0et T d sont respectivement lamplitude de la modulation de temprature mesure sur le dtec- teur 1 ( x = 0) et sur le dtecteur 2 (x = d). 3.3 profondeur de pntrat

35、ion thermique D p les oscillations priodiques de la temprature ne peuvent tre observes que pour des profondeurs infrieures D p , cette dernire tant dfinie comme suit: D p 2 2 o est la diffusivit thermique; est la frquence angulaire;D p est la profondeur laquelle lamplitude de loscillation de temprat

36、ure a t attnue jusqu 0,19 %, cette valeur tant calcule partir de la formule expe xp , 2 20 0019 D p Note 1 larticle: La profondeur de pntration thermique est exprime en mtres. 3.4 longueur de diffusion thermique 1/k o2 ISO 2014 Tous droits rservs ISO 22007-6:2014(F)k est dfinie comme tant 2 Note 1 l

37、article: La longueur de diffusion thermique est exprime en mtres. k est exprime par linverse du mtre. 4 Principe Comme illustr la Figure 1, le matriau de la sonde, qui se prsente sous la forme dune feuille plane, est plac entre la source de chaleur et lchantillon, en supposant un flux de chaleur uni

38、dimensionnel. La source de chaleur gnre une modulation de temprature amplitude constante, qui maintient la temprature moyenne constante grce lutilisation dune rgulation de temprature de type thermolectrique (Peltier). Du fait de la grande capacit calorifique du dissipateur thermique, la modulation d

39、e temprature dans la source de chaleur nest pas influence par lchantillon et la temprature dentre (x = 0) sur la sonde est maintenue constante. Lchantillon est fix sur lautre ct du matriau de la sonde. ltat mince thermiquement, kd 1, la modulation de temprature dcroissante x = d est influence par lc

40、hantillon. Les tempratures modules x = 0 et x = d sont mesures avec prcision par le dtecteur de temprature fix, en utilisant une amplification de blocage. Ce principe se caractrise comme suit: a) Une petite variation de la temprature module, par exemple infrieure 1 K, est applique par rapport la tem

41、prature environnante. La temprature moyenne est maintenue une certaine temprature environnante en utilisant une rgulation de temprature de type thermolectrique (Peltier). b) La temprature au fond du dissipateur thermique (du ct oppos de x = 0 sur la Figure 1), un emplacement profond dans lchantillon

42、 (du ct oppos de x = d sur la Figure 1) et la jonction froide du dtecteur thermopile est considre comme tant la temprature environnante. c) Un flux de chaleur unidimensionnel est atteint en mesurant une petite zone situe au centre du flux de chaleur plan. d) La frquence de mesurage est choisie en te

43、nant compte de la longueur de diffusion thermique du matriau de la sonde. e) Lamplification de blocage, qui est caractristique de la technique de modulation, permet de mesurer une faible variation de temprature, ce qui rduit au maximum linfluence du rayonnement et de la convection. ISO 2014 Tous dro

44、its rservs 3 ISO 22007-6:2014(F) Lgende 1 dissipateur thermique 2 matriau de la sonde 3 chantillon 4 dtecteur 1 5 dtecteur 2 6 lment chauffant (module Peltier) x sens de lpaisseur de lchantillon Figure 1 Gomtrie avec deux dtecteurs et une source de chaleur Peltier 5 Appareillage Lappareillage doit t

45、re conu pour obtenir le gain tel que dfini en 3.2 et doit comprendre les principaux composants suivants, comme illustr la Figure 2. 5.1 Dissipateur thermique, ayant une capacit calorifique qui est suffisamment grande pour estimer la temprature du fond (du ct oppos de x = 0) la temprature ambiante. 5

46、.2 Module thermolectrique et deux lments dtecteurs, prsentant les caractristiques suivantes: 5.2.1 Module thermolectrique gnrant une oscillation de temprature en faisant passer un courant alternatif par une source de chaleur de type Peltier fixe la surface avant des matriaux de la sonde; il est supp

47、os avoir la position x = 0 (voir la Figure 2). 5.2.2 lment dtecteur compos dune thermopile, auquel est fixe une jonction froide dans la zone de la temprature environnante, avec une jonction chaude situe dans la zone centrale qui dtecte la variation de temprature par amplification diffrentielle. 5.2.3 lments dtecteurs (dtecteur 1 et dtecte