常见材料导热系数汇总

作者: cnpim CNPIM 2023年08月03日

导热率K是材料本身的固有性能参数,用于描述材料的导热能力,又称为热导率,单位为W/mK。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的,只是跟材料本身的成分有关系。不同成分的导热率差异较大,导致由不同成分构成的物料的导热率差异较大。单粒物料的导热性能好于堆积物料。


稳态导热:导入物体的热流量等于导出物体的热流量,物体内部各点温度不随时间而变化的导热过程。

非稳态导热:导入和导出物体的热流量不相等,物体内任意一点的温度和热含量随时间而变化的导热过程,也称为瞬态导热过程。

导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,°C,1秒内,通过1平方米面积传递的热量,用λ表示,单位为瓦/·度。
 
导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料,导热系数较小。材料的含水率、温度较低时,导热系数较小。
 
通常把导热系数较低的材料称为保温材料(我国国家标准规定,凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料称为保温材料),而把导热系数在0.05/米摄氏度以下的材料称为高效保温材料。

 

导热系数高的物质有优良的导热性能。在热流密度和厚度相同时,物质高温侧壁面与低温侧壁面间的温度差,随导热系数增大而减小。锅炉炉管在未结水垢时,由于钢的导热系数高,钢管的内外壁温差不大。而钢管内壁温度又与管中水温接近,因此,管壁温度(内外壁温度平均值)不会很高。但当炉管内壁结水垢时,由于水垢的导热系数很小,水垢内外侧温差随水垢厚度增大而迅速增大,从而把管壁金属温度迅速抬高。当水垢厚度达到相当大(一般为1~3毫米)后,会使炉管管壁温度超过允许值,造成炉管过热损坏。对锅炉炉墙及管道的保温材料来讲,则要求导热系数越低越好。一般常把导热系数小于0.8x103次方瓦/(米时·摄氏度)的材料称为保温材料。例如石棉、珍珠岩等。
 
填缝导热材料有:导热硅脂、导热云母片、导热陶瓷片、导热矽胶片、导热双面胶等。主要作用是填充发热功率器件与散热片之间的缝隙,通常看似很平的两个面,其实接触面积不到40%,又因为空气是不良导热体,导热系数仅有0.03w/m.k,填充缝隙就是用导热材料填充缝隙间的空气.
傅力叶方程式:
Q=KA△T/d,
R=A△T/Q 
Q: 热量,W  
K: 导热率,W/mk   
A:接触面积
d: 热量传递距离   
△T:温度差  
 R: 热阻值

将上面两个公式合并,可以得到 K=d/R。因为K值是不变的,可以看得出热阻R值,同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚,热阻越大。但如果仔细看一些导热材料的资料,会发现很多导热材料的热阻值R,同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成,相应会有非线性变化。厚度增加,热阻值一定会增大,但不一定是完全成正比的线性关系,可能是更陡的曲线关系。实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值,应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同,就会产生不同的接触面热阻值,也会得出不同的总热阻值。

所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件,就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候,选用多大的接触面积A,多大的热量值Q,以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料,而得出的结果,才有相比较的意义。

通过测试得出的热阻R值,并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样,很多参数是无法真正的量化的,只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据,人们可以将一些数据量化,而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语,“模糊”表示最为接近真实的近似。而同样道理,根据热阻值以及厚度,再计算出来的导热率K值,也并不完全是真正的导热率值。

傅力叶方程式,是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型,会有很多的修正公式,来完善所有的环节可能出现的问题。

总之:
a. 同样的材料,导热率是一个不变的数值,热阻值是会随厚度发生变化的。
b. 同样的材料,厚度越大,可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多,所耗的时间也越多,效能也越差。
c. 对于导热材料,选用合适的导热率、厚度是对性能有很大关系的。选择导热率很高的材料,但是厚度很大,也是性能不够好的。最理想的选择是:导热率高、厚度薄,完美的接触压力保证最好的界面接触。
d、使用什么导热材料给客户,理论上来讲是很困难的一件事情。很难真正的通过一些简单的数据,来准确计算出选用何种材料合适。更多的是靠测试和对比,还有经验。测试能达到产品要求的理想效果,就是最为合适的材料。
e、不专业的用户,会关注材料的导热率;专业的用户,会关注材料的热阻值。

金属导热系数表(W/mK)

热传导系数的定义为:每单位长度、每K,可以传送多少W的能量,单位为W/mK。其中“W”指热功率单位,“m”代表长度单位米,而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表:

 429

 401

 317

 237

 80

 67

 34.8

diamond 钻石 2300

 

各物质的导热系数

 

物质温度导热系数物质温度导热系数

 

亚麻布 50 0.09 落叶松木 0 0.13

木屑 50 0.05 普通松木 450.080.11

海砂 20 0.03 杨木 100 0.1

研碎软木 20 0.04 胶合板 0 0.125

压缩软木 20 0.07 纤维素 0 0.46

聚苯乙烯 100 0.08  20 0.040.05

硫化橡胶 50 0.220.29 炉渣 50 0.84

镍铝锰合金 0 32.7 硬质胶 25 0.18

青铜 30 32153 白桦木 30 0.15

殷钢 30 11 橡木 20 0.17

康铜 30 20.9 雪松 0 0.095

黄铜 20 70183 柏木 20 0.1

镍铬合金 20 12.3171 普通冕玻璃 20 1

石棉 0 0.160.37 石英玻璃 4 1.46

 12 0.060.13 燧石玻璃 32 0.795

皮棉 4.1 0.03 重燧石玻璃 12.50.78

矿渣棉 0 0.050.14 精制玻璃 12 0.9

 0.04 汽油 12 0.11

 0.04 凡士林 120.184

纸板 0.14 “天然气 12 0.14

皮革 0.180.19 甘油 0 0.276

 2.22 煤油 100 0.12

新下的雪 0.1 蓖麻油 5000.18

填实了的雪 0.21 橄榄油 0 0.165

 1.05 已烷 0 0.152

石蜡油 0.123 二氯乙烷 0.147

变压器油 0.128 90%硫酸 0.354

石油 0.14 醋酸 18

石蜡 0.12 硝基苯 0.159

柴油机燃油 0.12 二硫化碳 0.144

沥青 0.699 甲醇 0.207

玄武岩 2.177 四氯化碳 0.106

拌石水泥 1.5 三氯甲烷 0.121

花岗石 2.683.35 氨气* 0.022

丙铜 0.177 水蒸汽* 0.02350.025

 0.139 重水蒸汽* 0.072

 0.54 空气* 0.024

聚苯板 0.04 木工板 0.1-0.2

重水 0.559 硫化氢* 0.013


注:资料仅供参考。




本文阅读量:

声明:本信息来源于网络,仅用于学习和技术交流,如有侵权或其他问题,请联系本站处理。

技术支持:CNPIM.COM