專利名稱：合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量技術(shù)，具體是指合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量裝 置及測量方法。
背景技術(shù)：
合成樹脂是當(dāng)前科技界和產(chǎn)業(yè)界研究和開發(fā)的熱點(diǎn)之一，合成樹脂包括熱塑性樹 脂和熱固性樹脂，熱塑性樹脂有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等；熱固性樹脂有酚 醛樹脂和脲醛樹脂，環(huán)氧樹脂，氟樹脂，不飽和聚酯和聚胺酯等，其中，環(huán)氧樹脂廣泛用作于 LED、OLED等固體照明光源的封裝材料。環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)是表征固體照明光源熱傳導(dǎo) 性質(zhì)的物理量，環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)是影響整個(gè)固體照明光源的出光效率、使用壽命重要 因素之一，對(duì)其研究直接關(guān)系到固體照明光源壽命的提高。傳統(tǒng)合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)采用穩(wěn)態(tài)測量法測量所得，穩(wěn)態(tài)測量法是將合成樹脂層制 備在上下兩金屬板之間，熱量通過上金屬板(上蓋板)傳入待測物體后，又經(jīng)過下金屬板 (下蓋板)傳出，，通過不斷加熱，上下金屬板的溫度逐漸升高，溫差電偶輸出電壓逐漸增 大，在接近穩(wěn)態(tài)時(shí)，溫度變化速率逐步趨向緩和，在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)上下金屬板的溫度 基本保持不變確定穩(wěn)態(tài)，測量穩(wěn)態(tài)溫差電偶輸出電壓，結(jié)合以下公式獲得合成樹脂熱導(dǎo)系 數(shù)
^ φ/v = 二~
AAT其中λ為合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)，q為穩(wěn)態(tài)時(shí)通過合成樹脂的熱流量，h為合成樹脂厚 度，A為合成樹脂的截面面積，Δ T為穩(wěn)態(tài)時(shí)合成樹脂上下表面溫度。傳統(tǒng)合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)測量方法卻存在一些無法克服的先天不足(1)穩(wěn)態(tài)測量法需要測量待測物體的截面面積、厚度，系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)上下表面溫 差、熱流量，即穩(wěn)態(tài)測量法受到眾多參數(shù)影響，實(shí)驗(yàn)誤差大。(2)傳統(tǒng)測量要求試樣表面無側(cè)向熱損，即通過待測物體上表面熱流必須全部通 過下表面，這必增加測試系統(tǒng)復(fù)雜度。(3)試樣必須處于熱平衡狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)測量由開始至穩(wěn)定過程中，如果熱流增幅小， 則消耗時(shí)間長；如果熱量增幅大，則容易出現(xiàn)控制困難，溫度升高過快，熱量不及時(shí)耗散，破 壞合成樹脂分子結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的 測量裝置及測量方法，其操作簡單快捷、成本小，實(shí)驗(yàn)誤差小，具有廣泛性。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量裝置，包括具有凹槽的金屬襯底、金屬導(dǎo)熱板，凹槽內(nèi)填
3充合成樹脂，金屬導(dǎo)熱板置于凹槽上方，所述金屬襯底置于加熱臺(tái)上。所述金屬襯底、金屬導(dǎo)熱板均采用高導(dǎo)熱A1金屬材料。所述金屬襯底的下表面至凹槽內(nèi)底部之間的厚度為2mm 5mm，所述金屬導(dǎo)熱板 的厚度為5mm 15mm，所述凹槽內(nèi)底部至凹槽頂部的深度為2mm 10mm，所述凹槽內(nèi)填充 的合成樹脂厚度與凹槽的深度相同。合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法，具體步驟如下(1)將熔融狀態(tài)下的合成樹脂填充到金屬襯底的凹槽內(nèi)，合成樹脂的填充高度與 凹槽的深度一致，在合成樹脂熔融狀態(tài)下采用冷卻固化方式粘貼金屬導(dǎo)熱板，得到合成樹 脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量裝置；(2)通過有限元分析軟件對(duì)測量裝置的熱特性進(jìn)行熱仿真，具體是采用有限元分析軟件建立測量裝置3D模型，并對(duì)該3D模型進(jìn)行有限元?jiǎng)澐?，施?相應(yīng)邊界條件，對(duì)合成樹脂設(shè)置一個(gè)線性變化的導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)金屬襯底和金屬導(dǎo)熱板分別 施加一個(gè)固定導(dǎo)熱系數(shù)值；對(duì)3D模型進(jìn)行求解，獲取金屬導(dǎo)熱板上表面溫度與合成樹脂導(dǎo) 熱系數(shù)的之間的溫度變化曲線圖和對(duì)應(yīng)關(guān)系表；(3)將步驟(1)的測量裝置放于加熱臺(tái)上，設(shè)定加熱臺(tái)的溫度為T，該加熱臺(tái)的溫 度T與步驟(2)測量裝置3D模型中的金屬襯底的下表面所施加的溫度值相同；待測量裝置熱穩(wěn)定后，測量金屬導(dǎo)熱板上表面的溫度，根據(jù)所測得的溫度，結(jié)合步 驟(2)有限元分析軟件模擬的金屬導(dǎo)熱板上表面的溫度與待測合成樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)變化 曲線圖，獲得合成樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)。步驟⑵中所述有限元分析軟件，采用ANSYS有限元分析軟件。步驟⑵中所述線性變化的變化范圍是0. 1 20W/m K。步驟(3)所述的待測量裝置熱穩(wěn)定后，測量金屬導(dǎo)熱板上表面的溫度，是采用接 觸式溫度測量儀器測量。所述接觸式溫度測量儀器采用熱電偶溫度測量儀。所述合成樹脂為熱塑性樹脂、熱固性樹脂中的一種。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及有益效果(1)本發(fā)明結(jié)合實(shí)物測量與軟件模擬，簡單快捷獲得合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)；(2)本發(fā)明原理適用于加熱固化高分子材料，特別適用于樹脂材料；(3)本發(fā)明實(shí)驗(yàn)測量參數(shù)少，可減少實(shí)驗(yàn)誤差；(4)本發(fā)明操作簡單、成本小，具有廣泛性，眾多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)均可以采用，具有 廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中熱電偶導(dǎo)線01，熱電偶探測探頭02，金屬導(dǎo)熱板03，合成樹脂04，金屬襯底 05，加熱臺(tái)06，外部電源連接線07，熱電偶溫度測量儀08。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限
4于此。實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量裝置，主要應(yīng)用于測量合成樹脂導(dǎo) 熱系數(shù)，包括具有凹槽的金屬襯底05、金屬導(dǎo)熱板03，凹槽內(nèi)填充合成樹脂04，金屬導(dǎo)熱板 03置于凹槽上方，所述金屬襯底05置于加熱臺(tái)06上。所述金屬襯底05、金屬導(dǎo)熱板03均采用高導(dǎo)熱A1金屬材料。所述金屬襯底的下表面至凹槽內(nèi)底部之間的厚度為2mm 5mm，所述金屬導(dǎo)熱板 的厚度為5mm 15mm，所述凹槽內(nèi)底部至凹槽頂部的深度為2mm 10mm，所述凹槽內(nèi)填充 的合成樹脂厚度與凹槽的深度相同。合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法，具體步驟如下(1)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中將熔融狀態(tài)下的合成樹脂04填充到金屬襯底05的凹槽內(nèi)，合 成樹脂04的填充高度與凹槽的深度一致，在合成樹脂04熔融狀態(tài)下采用冷卻固化方式粘 貼金屬導(dǎo)熱板03，得到合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量裝置；(2)通過有限元分析軟件對(duì)測量裝置的熱特性進(jìn)行熱仿真，即采用有限元分析軟 件，建立測量裝置的3D模型，并對(duì)該3D模型進(jìn)行有限元?jiǎng)澐?，施加相?yīng)邊界條件，對(duì)合成樹 脂04設(shè)置一個(gè)線性變化的導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)金屬襯底05和金屬導(dǎo)熱板03分別施加一個(gè)固定導(dǎo) 熱系數(shù)值；對(duì)3D模型進(jìn)行求解，獲取金屬導(dǎo)熱板03上表面溫度與合成樹脂04導(dǎo)熱系數(shù)的 之間的溫度變化曲線圖和對(duì)應(yīng)關(guān)系表；具體是，使用ANSYS有限元分析軟件建立測量裝置 3D模型，在測量裝置3D模型外部施加自然對(duì)流，在測量裝置3D模型中金屬襯底05的下表 面設(shè)置固定溫度T為100°C，并給測量裝置3D模型中合成樹脂04施加從0. 1 20W/m K 之間線性變化的合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)，給金屬襯底05和導(dǎo)熱板施加大小為237W/m-K的導(dǎo)熱 系數(shù)，通過ANSYS有限元分析軟件求解獲得高導(dǎo)熱導(dǎo)熱板上表面溫度對(duì)應(yīng)合成樹脂導(dǎo)熱系 數(shù)的變化曲線圖及對(duì)應(yīng)關(guān)系表；(3)將步驟⑴的測量裝置放于加熱臺(tái)上，設(shè)定加熱臺(tái)的溫度T為100°C，S卩，該加 熱臺(tái)06的溫度與步驟⑵測量裝置3D模型中的金屬襯底05的下表面所施加的溫度值相 同；待測量裝置熱穩(wěn)定后，測量金屬導(dǎo)熱板03上表面的溫度，根據(jù)所測得的溫度，結(jié)合步驟 (2)有限元分析軟件模擬的金屬導(dǎo)熱板03上表面的溫度與待測合成樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)變化 曲線圖，獲得合成樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)。具體說，如果測得金屬導(dǎo)熱板03上表面的溫度為90°C， 對(duì)比ANSYS有限元分析軟件得出的金屬導(dǎo)熱板03上表面溫度與合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的變化 曲線圖，可以得知當(dāng)合成樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)為2W/m K時(shí)金屬導(dǎo)熱板03上表面溫度為90°C， 即可獲得合成樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)為2W/m K。步驟⑵中所述有限元分析軟件，采用ANSYS有限元分析軟件。步驟⑵中所述線性變化的變化范圍是0. 1 20W/m K。步驟(3)所述的待測量裝置熱穩(wěn)定后，測量金屬導(dǎo)熱板上表面的溫度，是采用接 觸式溫度測量儀器測量。所述接觸式溫度測量儀器采用熱電偶溫度測量儀。所述合成樹脂為熱塑性樹脂、熱固性樹脂中的一種。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，
5均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量裝置，其特征在于，包括具有凹槽的金屬襯底、金屬導(dǎo)熱板，凹槽內(nèi)填充合成樹脂，金屬導(dǎo)熱板置于凹槽上方，所述金屬襯底置于加熱臺(tái)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量裝置，其特征在于，所述金屬襯底、 金屬導(dǎo)熱板均采用高導(dǎo)熱Al金屬材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量裝置，其特征在于，所述金屬襯底 的下表面至凹槽內(nèi)底部之間的厚度為2mm 5mm，所述金屬導(dǎo)熱板的厚度為5mm 15mm，所 述凹槽內(nèi)底部至凹槽頂部的深度為2mm 10mm，所述凹槽內(nèi)填充的合成樹脂厚度與凹槽的 深度相同。
4.合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法，其特征在于，具體步驟如下(1)將熔融狀態(tài)下的合成樹脂填充到金屬襯底的凹槽內(nèi)，合成樹脂的填充高度與凹槽 的深度一致，在合成樹脂熔融狀態(tài)下采用冷卻固化方式粘貼金屬導(dǎo)熱板，得到合成樹脂導(dǎo) 熱系數(shù)的測量裝置；(2)通過有限元分析軟件對(duì)測量裝置的熱特性進(jìn)行熱仿真，具體是采用有限元分析軟件建立測量裝置3D模型，并對(duì)該3D模型進(jìn)行有限元?jiǎng)澐郑┘酉鄳?yīng) 邊界條件，對(duì)合成樹脂設(shè)置一個(gè)線性變化的導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)金屬襯底和金屬導(dǎo)熱板分別施加 一個(gè)固定導(dǎo)熱系數(shù)值；對(duì)3D模型進(jìn)行求解，獲取金屬導(dǎo)熱板上表面溫度與合成樹脂導(dǎo)熱系 數(shù)的之間的溫度變化曲線圖和對(duì)應(yīng)關(guān)系表；(3)將步驟(1)的測量裝置放于加熱臺(tái)上，設(shè)定加熱臺(tái)的溫度為T，該加熱臺(tái)的溫度T 與步驟(2)測量裝置3D模型中的金屬襯底的下表面所施加的溫度值相同；待測量裝置熱穩(wěn)定后，測量金屬導(dǎo)熱板上表面的溫度，根據(jù)所測得的溫度，結(jié)合步驟 (2)有限元分析軟件模擬的金屬導(dǎo)熱板上表面的溫度與待測合成樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)變化曲線 圖，獲得合成樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法，其特征在于步驟(2)中所 述有限元分析軟件，采用ANSYS有限元分析軟件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法，其特征在于步驟(2)中所 述線性變化的變化范圍是0. 1 20W/m · K。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法，其特征在于步驟(3)所述 的待測量裝置熱穩(wěn)定后，測量金屬導(dǎo)熱板上表面的溫度，是采用接觸式溫度測量儀器測量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法，其特征在于所述接觸式溫 度測量儀器采用熱電偶溫度測量儀。
9.權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法，其特征在于所述 合成樹脂為熱塑性樹脂、熱固性樹脂中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量裝置及測量方法，該裝置包括具有凹槽的金屬襯底、金屬導(dǎo)熱板，凹槽內(nèi)填充合成樹脂，金屬導(dǎo)熱板置于凹槽上方，所述金屬襯底置于加熱臺(tái)上，方法包括有限元分析軟件熱仿真、金屬導(dǎo)熱板上表面溫度測量，所述的合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法適用于熱塑性樹脂、熱固性樹脂中的任一種合成樹脂導(dǎo)熱系數(shù)的測量。本發(fā)明操作簡單快捷、成本小，實(shí)驗(yàn)誤差小，具有廣泛性，眾多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)均可以采用，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01N25/20GK101936934SQ20101023833
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者付貴英, 張劍平, 文尚勝, 桂宇暢, 王子娟 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)