Introducere
Modelele software care iau în considerare influența formei și a suprafeței probelor devin din ce în ce mai importante pentru determinarea precisă a proprietăților termofizice (TPP), cum ar fi difuzivitatea termică (a), conductivitatea termică (λ) și capacitatea termică specifică (Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp). Din acest motiv, în ultimii ani, NETZSCH s-a angajat să îmbunătățească continuu modelele LFA (laser flash analysis) existente și să dezvolte noi modele de calcul, corecții și operații matematice care iau în considerare pierderea de căldură în combinație cu corecția pulsului, radiația, sistemele multistrat, testele în plan, corecțiile liniei de bază etc.
Această notă de aplicație prezintă modelul de penetrare bazat pe McMasters [1]. Acesta este potrivit pentru măsurători pe materiale cu suprafețe rugoase și pe materiale extrem de poroase.
Materialele poroase sunt o provocare - dar nu pentru modelul de penetrare
În măsurătorile standard de strălucire, fața din față a epruvetei absoarbe energia totală. O undă termică se va deplasa apoi prin grosimea epruvetei înainte de a ajunge la fața din spate (figura 1). Pentru materialele poroase, NETZSCH a introdus acum modelul de penetrare (figura 2) care include următoarele considerente:
- Absorbția energiei impulsului nu mai este limitată la fața frontală
- Absorbția se extinde pe un strat subțire în grosimea specimenului
- Straturile de absorbție pot fi tratate ca drum liber mediu în material
Luarea în considerare a acestor aspecte are ca rezultat o distribuție a temperaturii inițiale care scade exponențial în interiorul epruvetei. Aplicarea acestei abordări, care ține seama de porozitatea materialului, duce la o mai mare acuratețe și precizie a valorilor determinate pentru difuzivitatea termică, conductivitatea termică și capacitatea termică specifică.
Condiții de măsurare
Pentru a testa adecvarea modelului de penetrare, au fost măsurați doi polimeri umpluți de același tip, dar de forme diferite. O măsurătoare a fost efectuată pe un specimen cu o suprafață acoperită cu găuri de 0,5 mm în diametru. Din motive de comparație, o a doua măsurătoare a fost efectuată pe specimenul original cu o suprafață netedă (figura 3). Difuzivitatea termică a fost determinată pe epruvete cu dimensiuni de 12,7 mm grosime și 1,96 mm diametru la temperatura camerei.
Rezultatele măsurătorilor
Figurile 4 și 5 descriu măsurarea pe eșantionul cu găuri de foraj. În figura 4, modelul de ajustare a semnalului de creștere a detectorului (curba roșie) este obținut prin utilizarea modelului standard al lui Cowan [2]. Cercul verde indică zona abaterilor dintre modelul de ajustare și curba de măsurare (albastră). Cu această ajustare - evident insuficientă - a modelului, difuzivitatea termică este calculată la 0,753 mm2/s. Calculul bazat pe modelul Penetration produce o difuzivitate termică de 0,626 mm2/s, care este cu aproape 17% mai mică ca valoare (figura 5).
Figura 6 prezintă creșterea semnalului detectorului de la măsurarea pe discul original din polimer umplut cu suprafață netedă. Utilizarea modelului Cowan standard aici pentru determinarea difuzivității termice produce aproape aceleași rezultate de măsurare ca cele obținute cu modelul Penetrație pentru specimenul cu găuri (figura 5). Abaterea se ridică la aproximativ 3%. Acest lucru dovedește că calculul difuzivității termice pe baza modelului Penetration produce rezultate corecte.
Concluzie
Alături de diferitele modele clasice (de exemplu, Cowan 5 /10, Parker, Cape-Lehman îmbunătățit etc.), software-ul NETZSCH LFA Proteus® include numeroase modele de calcul, corecții și operații matematice diferite. Modelul de penetrare este adecvat în special pentru materialele poroase și materialele cu o suprafață rugoasă. Această caracteristică specială a software-ului LFA Proteus® implică pătrunderea blițului de lumină în specimen dincolo de suprafața încălzită efectivă. Acesta ia în considerare porozitatea specimenului, care face ca o mare parte din energia blițului luminos să fie depusă în interiorul specimenului. Aceasta înseamnă că modelul de penetrare ia în considerare absorbția energiei pulsului pe un strat subțire în grosimea epruvetei. Măsurătorile efectuate pe eșantioane din același specimen, dar cu structuri de suprafață foarte diferite (netedă vs. poroasă), confirmă corectitudinea modelului Penetration.