Résumé :
Nous avons monté un nouveau banc pour la mesure en laboratoire des propriétés de transmission thermique en régime permanent et du flux de chaleur des matériaux utilisés dans des conditions cryogéniques. Les mesures se font de 10 K à 400 K, et dans des environnements allant du vide poussé à une pression ambiante d’air ou de gaz résiduel.
La résine époxy est largement utilisée dans les applications spatiales en raison de ses excellentes propriétés mécaniques et diélectriques. Cependant, pour optimiser son utilisation dans des environnements cryogéniques, il est crucial de comprendre son comportement thermique à basse température. Cet article explore l’importance de mesurer la conductivité thermique de résine époxy dans des conditions cryogéniques et présente des valeurs typiques à différentes températures.
Introduction :
Dans le domaine spatial, les matériaux utilisés sont soumis à des conditions extrêmes, notamment des températures cryogéniques. Les matériaux doivent non seulement résister à ces conditions, mais aussi contribuer à la gestion thermique des équipements. La résine époxy est réputée pour sa robustesse et ses capacités d’isolation électrique, mais la gestion thermique de cette résine à très basse température nécessite une compréhension détaillée de sa conductivité thermique.
Importance de la Conductivité Thermique en Environnement Cryogénique :
La conductivité thermique d’un matériau définit sa capacité à transférer la chaleur. Dans l’espace, où les températures peuvent descendre bien en dessous de zéro, la gestion de la chaleur est cruciale pour le bon fonctionnement des instruments et la sécurité des missions. Une conductivité thermique inadéquate peut entraîner une accumulation de chaleur ou un refroidissement excessif, pouvant compromettre l’efficacité des composants électroniques embarqués.
Résine époxy en Conditions Cryogéniques :
La résine époxy est employée dans l’encapsulation de composants électriques et comme matériau adhésif structurel. Ses propriétés mécaniques restent stables à basse température, ce qui en fait un choix privilégié. Ceci étant, ses propriétés thermiques, notamment la conductivité thermique à basse température, sont moins discutées. À des températures cryogéniques, les polymères, y compris les résines époxy, peuvent présenter une diminution ou une augmentation de la conductivité thermique, influencée par des facteurs tels que la structure moléculaire et la rigidité.
Dispositif de mesure:
Le dispositif de mesure est un système pouvant fonctionner en régime stationnaire pour la détermination de la conductivité thermique et en régime instationnaire, sinusoïdal ou aléatoire afin de déterminer la diffusivité qui donnera la chaleur spécifique de l’échantillon.
Pour compléter les mesures à des températures proches de la température ambiante et jusqu’à 77K on utilise le HotDisk. Nous avons mis au point une enceinte sous vide muni d’un cryostat qui permet d’atteindre 77K. Le cryostat est visible sur la photo ci-dessous :
Conclusion :
La caractérisation thermophysique de résine époxy dans des conditions cryogéniques est essentielle pour les applications spatiales. Comprendre comment sa conductivité thermique varie avec la température permet de mieux concevoir des systèmes thermiques pour les satellites et autres dispositifs spatiaux. La gestion thermique efficace garantit non seulement la performance optimale des équipements mais aussi la réussite des missions spatiales. Des études expérimentales complémentaires sont recommandées pour explorer davantage les comportements thermiques de résine époxy à des températures cryogéniques diverses afin d’affiner les modèles existants et de développer des matériaux avancés adaptés aux rigueurs de l’espace.
Autres articles sur le sujet:
Measurement of the thermal conductivity of aluminum samples at low temperature
Measurement of the thermal resistance of super-insulators for storing liquid hydrogen in cryogenic conditions
THEMACS at the Service of ESA for Cryogenic Devices