Introduction
Les panneaux isolants sous vide (VIP) sont des matériaux isolants de haute performance utilisés dans une variété d'applications. Ils se caractérisent par leurs propriétés d'excellente isolation même avec une épaisseur de matériau minimale, ce qui en fait une solution idéale pour les espaces limités. NETZSCH propose le HFM 706 LambdaLarge (voir figure 1), un système de mesure permettant de déterminer la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique des matériaux VIP.
Cette note d'application traite de la structure et de l'application des matériaux VIP, des défis liés à la mesure et des résultats obtenus en utilisant le HFM 706 LambdaLarge sur des échantillons de référence et VIP.
Structure et mode de fonctionnement de l'isolation sous videSous vide
Un VIP se compose de plusieurs éléments clés qui, ensemble, garantissent ses propriétés isolantes exceptionnelles. Les excellentes performances d'isolation des VIP sont basées sur la combinaison du vide et du matériau spécifique de l'âme. Le matériau de base constitue la structure de soutien du VIP et se compose généralement de matériaux poreux et résistants à la pression, tels que la silice pyrogénée, les fibres de verre ou la mousse de polyuréthane. Ce matériau réduit la conduction de la chaleur à l'intérieur du panneau. Le matériau central est scellé dans une enveloppe étanche à l'air sous vide. L'élimination des molécules d'air élimine pratiquement tout transfert de chaleur par convection.
Un film barrière multicouche, généralement composé de couches de métal et de polymère, assure le scellement sous vide. Ce film protège le vide et empêche l'air ou l'humidité de pénétrer. Le film barrière réfléchit également le rayonnement infrarouge, limitant ainsi le transfert de chaleur par rayonnement. Des couches protectrices supplémentaires en plastique ou en aluminium rendent les VIP résistants aux dommages mécaniques. Grâce à ces propriétés, les VIP offrent une efficacité d'isolation jusqu'à dix fois supérieure à celle des matériaux d'isolation conventionnels de même épaisseur.
Application des VIP
Les VIP sont utilisés dans de nombreuses industries où une isolation très efficace est requise dans des espaces confinés. Ils sont utilisés dans les murs, les toits et les sols, en particulier dans les maisons passives ou les projets de rénovation, afin d'obtenir des valeurs d'isolation élevées sans avoir recours à des matériaux épais.
Dans les réfrigérateurs et les congélateurs, les VIP permettent de réduire la consommation d'énergie et d'augmenter la capacité de stockage. Ils sont utilisés pour isoler les conteneurs et les emballages qui transportent des produits sensibles à la température, tels que les médicaments et les aliments. En raison de leur efficacité élevée et de leur faible poids, les PIV sont également utilisés dans la technologie aérospatiale.
Les PIV sont utilisés dans les véhicules électriques pour améliorer la Stabilité thermiqueUn matériau est thermiquement stable s'il ne se décompose pas sous l'influence de la température. Une façon de déterminer la stabilité thermique d'une substance est d'utiliser un ATG (analyseur thermogravimétrique). stabilité thermique des batteries et la climatisation de l'habitacle.
Mesure de la conductivité thermique des matériaux VIP
La Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique (valeur λ) d'un matériau est un facteur décisif dans l'évaluation de ses performances thermiques. Toutefois, en raison de la structure et du principe de fonctionnement uniques des PIV, les méthodes de mesure traditionnelles ne sont souvent pas directement applicables. C'est pourquoi la technologie des débitmètres de chaleur (HFM) est devenue la méthode établie pour mesurer la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique des PIV.
Défis en matière de mesure
Avec le temps, le film barrière peut laisser passer du gaz, ce qui affaiblit le vide et augmente la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique. C'est pourquoi des mesures à long terme doivent être effectuées. Toutefois, les résultats des mesures de Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique peuvent ne pas être reproductibles.
Les propriétés thermiques des bords d'un VIP peuvent différer de celles de la surface principale, ce qui affecte la précision de la mesure. La moindre irrégularité dans le matériau de l'âme ou dans le film barrière peut fausser la mesure.
En raison de leurs propriétés isolantes particulières, les VIP se situent dans la plage inférieure en dehors de la limite de détection de nombreux systèmes de mesure. Cela impose des exigences particulières en matière de sensibilité et de stabilité du système.
Les échantillons de VIP ne peuvent généralement pas être coupés pour s'adapter à l'appareil de mesure. Il est donc nécessaire de pouvoir effectuer des mesures sur l'échantillon original.
HFM 706 LambdaLarge
Cette nouvelle électronique et ce nouveau micrologiciel, qui ont déjà été introduits dans l'Eco-Line, offrent des avantages significatifs en termes de vitesse de mesure et de précision lors de la mesure de matériaux VIP. Une porte arrière à charnière a également été ajoutée au modèle HFM 706 LambdaLarge . Des tests ont été effectués sur des échantillons de référence et des échantillons VIP.
Avec l'arrière ouvert, il est désormais possible d'étudier non seulement le vieillissement, mais aussi les effets des pertes de bord et des inhomogénéités dans les échantillons non carrés, en particulier avec les échantillons VIP. À cette fin, la porte avant et/ou arrière peut être laissée ouverte pendant la mesure. Des mesures comparatives sur des échantillons de référence ont montré qu'il n'y a pas d'erreurs de mesure supplémentaires dues à des portes ouvertes dans la plage autour de la température ambiante.
Les figures 2 et 3 montrent les écarts par rapport aux valeurs de la littérature pour les mesures effectuées sur l'échantillon de référence NIST SRM 1450d avec la porte avant fermée ou ouverte (mesure de référence avec la porte fermée dans chaque cas). Dans les deux cas, l'écart maximal par rapport à la valeur de la littérature est inférieur à 1 % entre 10 °C et 60 °C.
Lorsque les portes avant et arrière sont ouvertes, l'écart est également inférieur à 1 % (voir figure 3).
L'influence des portes ouvertes sur l'incertitude de mesure a également été testée à l'aide d'échantillons "longs" de PSE de différentes épaisseurs, d'une longueur de 1200 mm et d'une largeur de 600 mm. Comme il s'agit d'échantillons de référence homogènes, la valeur mesurée devrait être indépendante de la position de mesure le long de l'axe longitudinal de l'échantillon.
La figure 4 montre les écarts par rapport à la valeur de référence entre 10°C et 30°C pour des échantillons de PSE d'une épaisseur de 40 mm. Les écarts sont inférieurs à 2%, avec des valeurs légèrement plus élevées observées dans la zone avant de l'échantillon. En outre, la figure 4 montre les écarts pour le PSE d'une épaisseur de 30 mm dans trois positions différentes à 10°C. Là encore, les écarts sont légèrement plus élevés aux positions de mesure avant et arrière qu'au centre de l'échantillon, avec un écart d'environ 0,5 %. Un écart d'environ 0,8 % a été déterminé pour les positions avant et arrière.
Les mesures sur les VIP sont également simples avec le HFM 706 LambdaLarge . Des signaux de mesure stables, une technologie de capteur sensible et des signaux à faible bruit sont des conditions préalables à l'obtention d'une précision et d'une répétabilité élevées des mesures. La figure 5 montre les résultats de mesure d'un échantillon VIP extra-long.
Lorsque la température moyenne de l'échantillon VIP passe de 10°C à 40°C, sa Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique augmente d'environ 12%, passant de 0,00457 W/(m-K) à 0,00514 W/(m- K). Par conséquent, l'effet isolant du VIP se détériore jusqu'à 12 % si la température extérieure de la façade d'un bâtiment passe de moins de 10 °C à plus de 30 °C, par exemple. Cette information est importante pour les fabricants et les utilisateurs de PIV et joue un rôle important dans le développement des produits et le contrôle de la qualité.
La figure 5 démontre en outre l'excellente répétabilité des mesures et la haute résolution des résultats. Trois mesures individuelles ont été prises à chaque température et l'écart maximal entre les valeurs individuelles était inférieur à 1 %. Les valeurs ne diffèrent qu'à la cinquième décimale (0,00471, 0,00472 et
0.00474 W/(m-K) à 20°C), et la tendance exponentielle attendue de la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique avec la température est également clairement visible. Ceci démontre la haute résolution du HFM 706 LambdaLarge et l'excellente répétabilité des mesures VIP. Même les changements les plus légers au sein de la VIP, tels que ceux dus à des modifications structurelles causées par le vieillissement ou la perte de vide par des microfissures dans le film barrière, peuvent être détectés rapidement et de manière fiable à tout moment.
Résumé
Les panneaux isolants sous vide sont une technologie de pointe pour les applications nécessitant une grande efficacité d'isolation. Malgré les problèmes de coût et de durabilité, les panneaux d'isolation sous vide offrent des avantages significatifs en termes d'efficacité énergétique et d'économie d'espace. À mesure que la technologie progresse et que la demande augmente, les panneaux d'isolation sous vide devraient jouer un rôle de plus en plus important dans divers domaines industriels. NETZSCH propose le HFM 706 LambdaLarge , un système fiable de mesure de la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique des matériaux VIP. Des mesures efficaces dans la technologie et la conception de l'instrument permettent de relever les défis posés par les propriétés de l'échantillon pendant la mesure.