Introdução
Os modelos de software que consideram a influência da forma e da superfície dos espécimes estão se tornando cada vez mais importantes para a determinação precisa das propriedades termofísicas (TPP), como a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica (a), a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica (λ) e a capacidade de calor específica (Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade de calor específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp). Por esse motivo, nos últimos anos, o site NETZSCH tem se empenhado em aprimorar continuamente os modelos existentes de LFA (análise de flash a laser) e em desenvolver novos modelos de cálculo, correções e operações matemáticas considerando a perda de calor em combinação com a correção de pulso, radiação, sistemas multicamadas, testes no plano, correções de linha de base etc.
Esta nota de aplicação apresenta o modelo Penetration baseado em McMasters [1]. Ele é adequado para medições em materiais com superfícies ásperas e em materiais extremamente porosos.
Materiais porosos são um desafio, mas não para o modelo de penetração
Nas medições padrão de flash, a face frontal do corpo de prova absorve a energia total. Em seguida, uma onda térmica percorrerá a espessura do corpo de prova antes de atingir a face posterior (figura 1). Para materiais porosos, o site NETZSCH introduziu o modelo de penetração (figura 2) que inclui as seguintes considerações:
- A absorção da energia do pulso não está mais limitada à face frontal
- A absorção é estendida em uma camada fina na espessura do corpo de prova
- As camadas de absorção podem ser tratadas como o caminho livre médio no material
A consideração desses aspectos resulta em uma distribuição de temperatura inicial com decaimento exponencial dentro do corpo de prova. A aplicação dessa abordagem, que leva em conta a porosidade do material, resulta em maior exatidão e precisão para os valores determinados de Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica e capacidade de calor específica.
Condições de medição
Para testar a adequação do modelo de penetração, foram medidos dois polímeros preenchidos do mesmo tipo, mas de formatos diferentes. Uma medição foi realizada em um corpo de prova com uma superfície coberta por furos de 0,5 mm de diâmetro. Por motivos de comparação, uma segunda medição foi realizada na amostra original com uma superfície lisa (figura 3). A Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica foi determinada nas dimensões do corpo de prova de 12,7 mm de espessura e 1,96 mm de diâmetro à temperatura ambiente.
Resultados da medição
As figuras 4 e 5 mostram a medição na amostra com furos. Na figura 4, o ajuste do modelo do sinal de aumento do detector (curva vermelha) é obtido usando o modelo padrão de Cowan [2]. O círculo verde indica a área de desvios entre o ajuste e a curva de medição (azul). Com esse ajuste de modelo - obviamente insuficiente -, a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica é calculada em 0,753 mm2/s. O cálculo baseado no modelo de penetração produz uma Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica de 0,626 mm2/s, que é quase 17% menor em valor (Figura 5).
A Figura 6 mostra o aumento do sinal do detector a partir da medição no disco de polímero original preenchido com superfície lisa. O uso do modelo Cowan padrão aqui para a determinação da Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica produz praticamente os mesmos resultados de medição obtidos com o modelo de penetração para a amostra com furos (figura 5). O desvio é de aproximadamente 3%. Isso prova que o cálculo da Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica com base no modelo Penetration produz resultados corretos.
Conclusão
Juntamente com os vários modelos classical (por exemplo, Cowan 5 /10, Parker, Cape-Lehman aprimorado, etc.), o software NETZSCH LFA Proteus® inclui muitos modelos de cálculo, correções e operações matemáticas diferentes. O modelo Penetration é especificamente adequado para materiais porosos e materiais com superfície áspera. Esse recurso especial do software LFA Proteus® envolve a penetração do flash de luz no corpo de prova além da superfície aquecida real. Ele leva em conta a porosidade da amostra, o que faz com que grande parte da energia do flash de luz seja depositada dentro da amostra. Isso significa que o modelo de penetração considera a absorção da energia do pulso em uma camada fina na espessura do corpo de prova. As medições em amostras do mesmo corpo de prova, mas com estruturas de superfície muito diferentes (lisa vs. porosa), confirmam a exatidão do modelo de penetração.