Contribution of the radiative heat transfer mechanism to the total thermal conductivity of anisotropic cellular materials

Abstract

Con el fin de comprender y mejorar el comportamiento de los materiales celulares poliméricos como aislantes térmicos, este trabajo centra su estudio en la contribución del mecanismo de transferencia de calor por radiación en la conductividad térmica total de materiales celulares con diferentes coeficientes de anisotropía. El estudio comienza con una caracterización de los materiales seleccionados, materiales celulares en base poliestireno fabricados mediante un proceso de extrusión, en términos de su estructura celular y su conductividad térmica en función de la temperatura. Seguidamente, se determina la contribución radiativa para cada una de las tres direcciones principales de los materiales mediante tres metodologías independientes: espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR), derivación a partir de la conductividad total usando modelos teóricos, y derivación teórica a partir del modelo propuesto por Glicksman. Finalmente, se discuten los resultados obtenidos mediante las diferentes metodologías y se estudia el efecto de la anisotropía en el mecanismo de trasmisión del calor por radiación, estableciendo correlaciones con la estructura de los materiales.

In order to understand and improve the performance of polymeric cellular materials as heat insulators, the contribution of the radiative transfer mechanism to the total thermal conductivity in cellular materials with different ratios of anisotropy is studied. Cellular materials based on polystyrene produced by an extrusion process are considered. The study begins with a characterization of the selected materials in terms of cellular structure and thermal conductivity as a function of temperature. Then, the radiative contribution for each of the three principal directions in the materials is obtained by three independent methodologies: Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, derivation from the total conductivity using theoretical models, and theoretical calculation from the model proposed by Glicksman. Finally, the results yielded by these methodologies and their differences in the three principal directions are discussed, The effect of anisotropy on the radiative heat transfer mechanism is also analysed establishing correlations with the cellular structure.