Introduzione
I modelli software che considerano l'influenza della forma e della superficie dei campioni stanno diventando sempre più importanti per la determinazione precisa delle proprietà termofisiche (TPP) come la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica (a), la conducibilità termica (λ) e laCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica (Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp). Per questo motivo, negli ultimi anni NETZSCH si è impegnato a migliorare continuamente i modelli LFA (laser flash analysis) esistenti e a sviluppare nuovi modelli di calcolo, correzioni e operazioni matematiche che tengano conto della perdita di calore in combinazione con la correzione dell'impulso, l'irraggiamento, i sistemi multistrato, i test in-plane, le correzioni della linea di base, ecc.
Questa nota applicativa presenta il modello di penetrazione basato su McMasters [1]. È adatto per misure su materiali con superfici ruvide e su materiali estremamente porosi.
I materiali porosi sono una sfida - ma non per il modello di penetrazione
Nelle misure standard di flash, la faccia anteriore del campione assorbe l'energia totale. Un'onda termica attraversa quindi lo spessore del provino prima di raggiungere la faccia posteriore (figura 1). Per i materiali porosi, NETZSCH ha introdotto il modello di penetrazione (figura 2) che include le seguenti considerazioni:
- L'assorbimento dell'energia dell'impulso non è più limitato alla faccia anteriore.
- L'assorbimento si estende su uno strato sottile nello spessore del provino.
- Gli strati di assorbimento possono essere gestiti come il percorso libero medio nel materiale
La considerazione di questi aspetti porta a una distribuzione della temperatura iniziale a decadimento esponenziale all'interno del provino. L'applicazione di questo approccio, che tiene conto della porosità del materiale, consente di migliorare l'accuratezza e la precisione dei valori di Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica, Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica eCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica determinati.
Condizioni di misura
Per verificare l'idoneità del modello di penetrazione, sono stati misurati due polimeri riempiti dello stesso tipo ma di forma diversa. Una misura è stata effettuata su un campione con una superficie coperta da fori di 0,5 mm di diametro. Per motivi di confronto, una seconda misurazione è stata effettuata sul campione originale con una superficie liscia (figura 3). La Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica è stata determinata su provini di 12,7 mm di spessore e 1,96 mm di diametro a temperatura ambiente.
Risultati della misurazione
Le figure 4 e 5 illustrano la misura sul campione con fori. Nella figura 4, il modello di adattamento del segnale di salita del rivelatore (curva rossa) è ottenuto utilizzando il modello standard di Cowan [2]. Il cerchio verde indica l'area di deviazione tra l'adattamento e la curva di misura (blu). Con questo modello di adattamento, ovviamente insufficiente, la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica è stata calcolata a 0,753 mm2/s. Il calcolo basato sul modello di penetrazione produce una Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica di 0,626 mm2/s, un valore inferiore di quasi il 17% (figura 5).
La figura 6 mostra l'aumento del segnale del rivelatore dalla misura sul disco originale in polimero riempito con superficie liscia. Utilizzando il modello Cowan standard per la determinazione della Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica si ottengono quasi gli stessi risultati di misura ottenuti con il modello di penetrazione per il campione con fori (figura 5). La deviazione ammonta a circa il 3%. Ciò dimostra che il calcolo della Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica basato sul modello di penetrazione produce risultati corretti.
Conclusione
Oltre ai vari modelli classic(ad esempio, Cowan 5 /10, Parker, Cape-Lehman migliorato, ecc.), il software NETZSCH LFA Proteus® include molti modelli di calcolo, correzioni e operazioni matematiche diverse. Il modello di penetrazione è particolarmente adatto ai materiali porosi e a quelli con superficie ruvida. Questa caratteristica speciale del software LFA Proteus® prevede la penetrazione del lampo di luce nel campione al di là della superficie riscaldata. Tiene conto della porosità del campione, che fa sì che gran parte dell'energia del lampo di luce si depositi all'interno del campione. Ciò significa che il modello di penetrazione considera l'assorbimento dell'energia dell'impulso su uno strato sottile nello spessore del campione. Le misure effettuate su campioni dello stesso campione, ma con strutture superficiali molto diverse (lisce o porose), confermano la correttezza del modello di penetrazione.