Saint-Gobain emploie deux méthodes standard de test de la conductivité/résistance thermique.
ASTM E1530
La première est la méthode de l’analyseur à flux thermique gardé, conforme à la norme ASTM E1530 (schéma 3) et principalement applicable aux échantillons de 0,5 à 25 mm d’épaisseur. Selon cette méthode, une pression reproductible uniforme est appliquée à l'échantillon de test par des cylindres pneumatiques permettant des pressions de test allant de 0 (contact) à 300 psi (21 bar). L’échantillon est maintenu entre deux surfaces de métal poli ; la plaque supérieure est chauffée et la plaque inférieure est refroidie, ce qui crée un gradient de température à travers la pile. La plaque inférieure fait également partie d’un transducteur de flux thermique étalonné, représenté sur le schéma 3. La conductivité thermique se détermine en mesurant la résistance thermique à travers l’échantillon et en utilisant les données du transducteur de flux thermique selon les équations générales suivante:
R = [(TU - TM)/Q] - Rint où :
R est la résistance thermique
TU est la température de surface de la plaque supérieure
TM est la température de surface de la plaque inférieure
Q est le flux thermique à travers l’échantillon de test
Rint est la résistance totale de l’interface entre l’échantillon et les plaques de surface
Q = N(TM - TL) où :
N est le coefficient de transfert thermique
TM est la température de surface de la plaque inférieure
TL est la température de l’appareil de chauffage inférieur
et par la suite,
R = d/C où :
d est l’épaisseur de l’échantillon
C est la conductivité thermique
ASTM D5470
L’autre méthode de test porte sur les propriétés de transmission thermique des matériaux thermoconducteurs électro-isolants de fine épaisseur. Cette méthode est conforme à la norme ASTM D5470 et applicable à des échantillons de 0,02 à 10 mm d’épaisseur. Selon cette méthode, une pression reproductible uniforme est appliquée à l'échantillon de test par des cylindres pneumatiques permettant des pressions de test allant de 0 (contact) à 500 psi (34 bar). L’échantillon est maintenu entre deux surfaces de métal poli ; la plaque inférieure est chauffée et la plaque supérieure est refroidie, ce qui crée un gradient de température à travers la pile. Ce dernier est mesuré grâce à quatre thermocouples, comme le montre le schéma 4. L’impédance thermique se détermine en mesurant la résistance thermique à travers l’échantillon selon les équations générales suivantes :
Q = V x I où :
Q est le flux de chaleur, en W
V est le potentiel électrique appliqué à l’appareil de chauffage, en V
I est le flux du courant électrique dans l’appareil de chauffage, en A
La température du bloc supérieur de l’analyseur se définit comme suit :
TA = T2 - (dB/dA)(T1-T2) où :
TA est la température de surface du bloc supérieur de l’analyseur en contact avec le spécimen, en K
T1 est la température supérieure du bloc supérieur de l’analyseur, en K
T2 est la température inférieure du bloc supérieur de l’analyseur, en K
dA est la distance entre les capteurs de température, en m
dB est la distance entre le capteur inférieur et la surface inférieure du bloc supérieur de l’analyseur, en m,
La température du bloc inférieur de l’analyseur se définit comme suit :
TD = T3 - (dD/dC)(T3 - T4) où :
TD est la température de surface du bloc inférieur de l’analyseur en contact avec le spécimen, en K
T3 est la température supérieure du bloc inférieur de l’analyseur, en K
T4 est la température inférieure du bloc inférieur de l’analyseur, en K
dC est la distance entre les capteurs de température, en m
dD est la distance entre le capteur supérieur et la surface supérieure du bloc inférieur de l’analyseur , en m
L’impédance thermique se calcule comme suit :
Θ = (TA - TD) x A/Q
Pour obtenir la conductivité thermique, on génère un graphique représentant l’impédance thermique (axe des ordonnées) en fonction des diverses épaisseurs des échantillons. La pente de la droite est la réciproque de la conductivité thermique. L’ordonnée à l’origine est la résistance thermique de l’interface, qui dépend de la force de serrage et de la surface.