专利名称：合成树脂导热系数的测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及合成树脂导热系数的测量技术，具体是指合成树脂导热系数的测量装 置及测量方法。
背景技术：
合成树脂是当前科技界和产业界研究和开发的热点之一，合成树脂包括热塑性树 脂和热固性树脂，热塑性树脂有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等；热固性树脂有酚 醛树脂和脲醛树脂，环氧树脂，氟树脂，不饱和聚酯和聚胺酯等，其中，环氧树脂广泛用作于 LED、OLED等固体照明光源的封装材料。环氧树脂的导热系数是表征固体照明光源热传导 性质的物理量，环氧树脂的导热系数是影响整个固体照明光源的出光效率、使用寿命重要 因素之一，对其研究直接关系到固体照明光源寿命的提高。传统合成树脂导热系数采用稳态测量法测量所得，稳态测量法是将合成树脂层制 备在上下两金属板之间，热量通过上金属板(上盖板)传入待测物体后，又经过下金属板 (下盖板)传出，，通过不断加热，上下金属板的温度逐渐升高，温差电偶输出电压逐渐增 大，在接近稳态时，温度变化速率逐步趋向缓和，在相当长的一段时间内上下金属板的温度 基本保持不变确定稳态，测量稳态温差电偶输出电压，结合以下公式获得合成树脂热导系 数
^ φ/v = 二~
AAT其中λ为合成树脂导热系数，q为稳态时通过合成树脂的热流量，h为合成树脂厚 度，A为合成树脂的截面面积，Δ T为稳态时合成树脂上下表面温度。传统合成树脂导热系数测量方法却存在一些无法克服的先天不足(1)稳态测量法需要测量待测物体的截面面积、厚度，系统处于稳态时上下表面温 差、热流量，即稳态测量法受到众多参数影响，实验误差大。(2)传统测量要求试样表面无侧向热损，即通过待测物体上表面热流必须全部通 过下表面，这必增加测试系统复杂度。(3)试样必须处于热平衡状态，稳态测量由开始至稳定过程中，如果热流增幅小， 则消耗时间长；如果热量增幅大，则容易出现控制困难，温度升高过快，热量不及时耗散，破 坏合成树脂分子结构。

发明内容
为克服现有技术存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供合成树脂导热系数的 测量装置及测量方法，其操作简单快捷、成本小，实验误差小，具有广泛性。本发明的目的通过下述技术方案实现合成树脂导热系数的测量装置，包括具有凹槽的金属衬底、金属导热板，凹槽内填
3充合成树脂，金属导热板置于凹槽上方，所述金属衬底置于加热台上。所述金属衬底、金属导热板均采用高导热A1金属材料。所述金属衬底的下表面至凹槽内底部之间的厚度为2mm 5mm，所述金属导热板 的厚度为5mm 15mm，所述凹槽内底部至凹槽顶部的深度为2mm 10mm，所述凹槽内填充 的合成树脂厚度与凹槽的深度相同。合成树脂导热系数的测量方法，具体步骤如下(1)将熔融状态下的合成树脂填充到金属衬底的凹槽内，合成树脂的填充高度与 凹槽的深度一致，在合成树脂熔融状态下采用冷却固化方式粘贴金属导热板，得到合成树 脂导热系数的测量装置；(2)通过有限元分析软件对测量装置的热特性进行热仿真，具体是采用有限元分析软件建立测量装置3D模型，并对该3D模型进行有限元划分，施加 相应边界条件，对合成树脂设置一个线性变化的导热系数，对金属衬底和金属导热板分别 施加一个固定导热系数值；对3D模型进行求解，获取金属导热板上表面温度与合成树脂导 热系数的之间的温度变化曲线图和对应关系表；(3)将步骤(1)的测量装置放于加热台上，设定加热台的温度为T，该加热台的温 度T与步骤(2)测量装置3D模型中的金属衬底的下表面所施加的温度值相同；待测量装置热稳定后，测量金属导热板上表面的温度，根据所测得的温度，结合步 骤(2)有限元分析软件模拟的金属导热板上表面的温度与待测合成树脂的导热系数变化 曲线图，获得合成树脂的导热系数。步骤⑵中所述有限元分析软件，采用ANSYS有限元分析软件。步骤⑵中所述线性变化的变化范围是0. 1 20W/m K。步骤(3)所述的待测量装置热稳定后，测量金属导热板上表面的温度，是采用接 触式温度测量仪器测量。所述接触式温度测量仪器采用热电偶温度测量仪。所述合成树脂为热塑性树脂、热固性树脂中的一种。本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果(1)本发明结合实物测量与软件模拟，简单快捷获得合成树脂导热系数；(2)本发明原理适用于加热固化高分子材料，特别适用于树脂材料；(3)本发明实验测量参数少，可减少实验误差；(4)本发明操作简单、成本小，具有广泛性，众多研究机构和企业均可以采用，具有 广阔的应用前景。


图1是本发明合成树脂导热系数的测量装置的结构示意图；图中热电偶导线01，热电偶探测探头02，金属导热板03，合成树脂04，金属衬底 05，加热台06，外部电源连接线07，热电偶温度测量仪08。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限
4于此。实施例如图1所示，本发明合成树脂导热系数的测量装置，主要应用于测量合成树脂导 热系数，包括具有凹槽的金属衬底05、金属导热板03，凹槽内填充合成树脂04，金属导热板 03置于凹槽上方，所述金属衬底05置于加热台06上。所述金属衬底05、金属导热板03均采用高导热A1金属材料。所述金属衬底的下表面至凹槽内底部之间的厚度为2mm 5mm，所述金属导热板 的厚度为5mm 15mm，所述凹槽内底部至凹槽顶部的深度为2mm 10mm，所述凹槽内填充 的合成树脂厚度与凹槽的深度相同。合成树脂导热系数的测量方法，具体步骤如下(1)在实验室环境中将熔融状态下的合成树脂04填充到金属衬底05的凹槽内，合 成树脂04的填充高度与凹槽的深度一致，在合成树脂04熔融状态下采用冷却固化方式粘 贴金属导热板03，得到合成树脂导热系数的测量装置；(2)通过有限元分析软件对测量装置的热特性进行热仿真，即采用有限元分析软 件，建立测量装置的3D模型，并对该3D模型进行有限元划分，施加相应边界条件，对合成树 脂04设置一个线性变化的导热系数，对金属衬底05和金属导热板03分别施加一个固定导 热系数值；对3D模型进行求解，获取金属导热板03上表面温度与合成树脂04导热系数的 之间的温度变化曲线图和对应关系表；具体是，使用ANSYS有限元分析软件建立测量装置 3D模型，在测量装置3D模型外部施加自然对流，在测量装置3D模型中金属衬底05的下表 面设置固定温度T为100°C，并给测量装置3D模型中合成树脂04施加从0. 1 20W/m K 之间线性变化的合成树脂导热系数，给金属衬底05和导热板施加大小为237W/m-K的导热 系数，通过ANSYS有限元分析软件求解获得高导热导热板上表面温度对应合成树脂导热系 数的变化曲线图及对应关系表；(3)将步骤⑴的测量装置放于加热台上，设定加热台的温度T为100°C，S卩，该加 热台06的温度与步骤⑵测量装置3D模型中的金属衬底05的下表面所施加的温度值相 同；待测量装置热稳定后，测量金属导热板03上表面的温度，根据所测得的温度，结合步骤 (2)有限元分析软件模拟的金属导热板03上表面的温度与待测合成树脂的导热系数变化 曲线图，获得合成树脂的导热系数。具体说，如果测得金属导热板03上表面的温度为90°C， 对比ANSYS有限元分析软件得出的金属导热板03上表面温度与合成树脂导热系数的变化 曲线图，可以得知当合成树脂的导热系数为2W/m K时金属导热板03上表面温度为90°C， 即可获得合成树脂的导热系数为2W/m K。步骤⑵中所述有限元分析软件，采用ANSYS有限元分析软件。步骤⑵中所述线性变化的变化范围是0. 1 20W/m K。步骤(3)所述的待测量装置热稳定后，测量金属导热板上表面的温度，是采用接 触式温度测量仪器测量。所述接触式温度测量仪器采用热电偶温度测量仪。所述合成树脂为热塑性树脂、热固性树脂中的一种。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，
5均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
合成树脂导热系数的测量装置，其特征在于，包括具有凹槽的金属衬底、金属导热板，凹槽内填充合成树脂，金属导热板置于凹槽上方，所述金属衬底置于加热台上。
2.根据权利要求1所述的合成树脂导热系数的测量装置，其特征在于，所述金属衬底、 金属导热板均采用高导热Al金属材料。
3.根据权利要求1所述的合成树脂导热系数的测量装置，其特征在于，所述金属衬底 的下表面至凹槽内底部之间的厚度为2mm 5mm，所述金属导热板的厚度为5mm 15mm，所 述凹槽内底部至凹槽顶部的深度为2mm 10mm，所述凹槽内填充的合成树脂厚度与凹槽的 深度相同。
4.合成树脂导热系数的测量方法，其特征在于，具体步骤如下(1)将熔融状态下的合成树脂填充到金属衬底的凹槽内，合成树脂的填充高度与凹槽 的深度一致，在合成树脂熔融状态下采用冷却固化方式粘贴金属导热板，得到合成树脂导 热系数的测量装置；(2)通过有限元分析软件对测量装置的热特性进行热仿真，具体是采用有限元分析软件建立测量装置3D模型，并对该3D模型进行有限元划分，施加相应 边界条件，对合成树脂设置一个线性变化的导热系数，对金属衬底和金属导热板分别施加 一个固定导热系数值；对3D模型进行求解，获取金属导热板上表面温度与合成树脂导热系 数的之间的温度变化曲线图和对应关系表；(3)将步骤(1)的测量装置放于加热台上，设定加热台的温度为T，该加热台的温度T 与步骤(2)测量装置3D模型中的金属衬底的下表面所施加的温度值相同；待测量装置热稳定后，测量金属导热板上表面的温度，根据所测得的温度，结合步骤 (2)有限元分析软件模拟的金属导热板上表面的温度与待测合成树脂的导热系数变化曲线 图，获得合成树脂的导热系数。
5.根据权利要求4所述的合成树脂导热系数的测量方法，其特征在于步骤(2)中所 述有限元分析软件，采用ANSYS有限元分析软件。
6.根据权利要求4所述的合成树脂导热系数的测量方法，其特征在于步骤(2)中所 述线性变化的变化范围是0. 1 20W/m · K。
7.根据权利要求4所述的合成树脂导热系数的测量方法，其特征在于步骤(3)所述 的待测量装置热稳定后，测量金属导热板上表面的温度，是采用接触式温度测量仪器测量。
8.根据权利要求7所述的合成树脂导热系数的测量方法，其特征在于所述接触式温 度测量仪器采用热电偶温度测量仪。
9.权利要求4至8中任一项所述的合成树脂导热系数的测量方法，其特征在于所述 合成树脂为热塑性树脂、热固性树脂中的一种。
全文摘要
本发明公开了合成树脂导热系数的测量装置及测量方法，该装置包括具有凹槽的金属衬底、金属导热板，凹槽内填充合成树脂，金属导热板置于凹槽上方，所述金属衬底置于加热台上，方法包括有限元分析软件热仿真、金属导热板上表面温度测量，所述的合成树脂导热系数的测量方法适用于热塑性树脂、热固性树脂中的任一种合成树脂导热系数的测量。本发明操作简单快捷、成本小，实验误差小，具有广泛性，众多研究机构和企业均可以采用，具有广阔的应用前景。
文档编号G01N25/20GK101936934SQ20101023833
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者付贵英, 张剑平, 文尚胜, 桂宇畅, 王子娟 申请人:华南理工大学