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 Stycast 2850FT 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 Stycast 2850FT 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 Stycast 2850FT 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.
Stycast 2850FT en Conditions Cryogéniques :
Stycast 2850FT 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. Ce dispositif est visible sur la photo ci-dessous.
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 :
Valeurs de Conductivité Thermique de Stycast 2850FT :
Bien que la conductivité thermique des polymères soit généralement faible par rapport aux métaux, elle varie avec la température. Pour Stycast 2850FT, typiquement à température ambiante (environ 300 K), la conductivité thermique peut être de l’ordre de 0,9 à 1,0 W/m·K. Cependant, en condition cryogénique, par exemple à 77 K, la conductivité thermique peut chuter à environ 0,2 à 0,3 W/m·K. À des températures encore plus basses, proches de 4 K (utilisées dans des applications cryogéniques avancées), elle pourrait diminuer davantage, soulignant l’importance d’une analyse spécifique à la température d’application.
Conclusion :
La caractérisation thermophysique de Stycast 2850FT 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 Stycast 2850FT à des températures cryogéniques diverses afin d’affiner les modèles existants et de développer des matériaux avancés adaptés aux rigueurs de l’espace.
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