本发明专利技术公开了一种测量低导热隔热类材料的测量装置技术方案和高精度测试方法，在美国国家标准ASTME2584的基础上提出了主动护热式量热计准稳态法热导率测试方法和装置，提出了量热计校准方法和技术方案。针对不同测试材料形状和类型，提出了包括单平板试样、双平板试样和圆筒状试样测量装置的主动护热结构设计。本发明专利技术技术方案能够有效消除侧向热损失并保证一维热流，能够实现高温和超高温条件下隔热类材料的低热导率和超低热导率测量，能够实现整个温度区间内热导率的连续动态测量并同时具有较高的测量精度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种测量低导热隔热类材料的测量装置技术方案和高精度测试方法，在美国国家标准ASTME2584的基础上提出了主动护热式量热计准稳态法热导率测试方法和装置，提出了量热计校准方法和技术方案。针对不同测试材料形状和类型，提出了包括单平板试样、双平板试样和圆筒状试样测量装置的主动护热结构设计。本专利技术技术方案能够有效消除侧向热损失并保证一维热流，能够实现高温和超高温条件下隔热类材料的低热导率和超低热导率测量，能够实现整个温度区间内热导率的连续动态测量并同时具有较高的测量精度。【专利说明】
本专利技术属材料热物理性能检测领域，涉及对各种粉体、固体和结构件形式的隔热 材料热导率、热扩散率和比热容的测量，具体涉及准稳态量热计法热导率测试原理和ASTM E2584所涉及的测量装置和测试方法，特别是一种带主动护热装置和可校准量热计装置的 高精度准稳态量热计法热导率测量装置和相应的测试方法。
技术介绍
热物理性能参数如热导率、热扩散率、比热容等是各种隔热材料和防火材料的设 计、制造、使用和质量控制的重要性能参数。目前国内外对防隔热材料的测试评价基本上还 是采用传统的稳态防护热板法、稳态热流计法和瞬态热线法，但随着材料科学的发展，现有 的测试技术手段已经不能完全满足需要，主要体现在以下几个方面： (1)防隔热材料的使用温度越来越高，许多工业和军工工程所使用的温度需要达到 1500°C以上。同时，随着新材料的发展，众多新型防隔热材料的隔热性能大幅度提高，代表 隔热性能的热导率参数已经可以轻松的达到比空气的热导率还低。但目前国内外现有的测 试技术手段还不能很好的满足新材料发展的需要，测试温度很少有超过l〇〇〇°C的测试方法 和设备，极个别的测试方法和设备虽然能够达到1500°C以上的测试温度，如热线法和热流 计法热导率测试方法和设备，但存在测量误差巨大等严重问题。因此，高温防隔热材料的热 物理性能测试评价是近些年来国际上比较热门的前沿性
，也是目前工程应用中需 求广泛和迫切需要突破的技术难题。 (2)很多防隔热材料，特别是具有低热导率的防火材料和高温相变储能材料等，在 高温使用过程中会产生相变和化学反应。而这种相变和化学反应过程中材料的隔热性能和 热传递性能则是材料设计、制造、使用和质量控制迫切需要了解的热物理性能。 (3)对防隔热材料的热导率稳态法测量，目前国内外还是普遍采用经典的稳态护 热板法和热流计法，虽然最高测试温度不超过1000°c，但测量精度能够得到保证。但这些经 典稳态法的突出特点就是测试时间非常漫长，隔热性能越好热导率就越低，试样达到稳态 热平衡的时间就越长，这就从测试原理上就限制了测试效率的提高。 (4)对防隔热材料的热导率瞬态法测量，目前国内外普遍采用经典的热线法、热带 法和平面热源法。瞬态法的特点是要么测量精度高但无法实现高温下测量，要么能实现高 温下测量但测量精度差。同时，在用瞬态法测量高温防隔热材料热导率时，同样需要整个被 测试样达到热平衡，这个热平衡过程所需要的时间同样非常漫长，与稳态法测试过程所需 要的热平衡时间相比并没有多大优势，所以目前防隔热材料的高温热导率测量主要还是普 遍采用稳态法测试技术。 为了解决上述存在的技术难题，出现了一种介于稳态法和瞬态法之间的准稳态法 热导率测试方法，即在被测试样的冷热面温度处于准稳态阶段时，只需测量获得试样冷热 面温差、表面温度变化速度和恒定加热热流密度，就可以很方便的获得整个温度区间内被 测试样热导率随温度的变化曲线。这种方法不需要测量样品达到完全热平衡，只需满足准 稳态条件，就可以得到相应状态下的热导率、热扩散率和比热容数据据。与其它方相比，准 稳态方法原理简单，实验所需时间少，能获得较多的实验数据。 虽然准稳态法测试模型简单，而且在满足测试模型边界条件时这种方法的原理性 误差可以小于0. 5%，但在具体工程实现上很难满足相应的热边界条件，也无法进行高温下 的测试，从而使得这种准稳态热导率测试方法并未在实际中得到应用，大多仅应用在国内 大学热导率测试教学试验和教学中，真正在工程中进行高温热导率测试的相关文献基本没 有，国外在这方面的研究文献也基本没有。 美国国家标准与技术研究院（NIST)的Bentz在上述准稳态测试方法基础上， 提出了更具有工程可操作性的量热计式准稳态热导率测试方法（Bentz，D. P.，Flynn，D. R.etc. "A Slug Calorimeter for Evaluating the Thermal Performance of Fire Resistive Materials, " Fire and Materials, Vol 30 (4) ,2006, pp. 257-270)，即增加了 一个平板量热计来测量试样处于准稳态条件下的热流密度变化。这种新型的量热计式准稳 态热导率测试方法为快速测量低热导率材料打开了一个突破口，并且美国材料与试验协会 (ASTM)很快在此基础上制订了相应的标准惯例ASTM E2584用热容量热计(插片式）测量 材料热导率标准实施规程（Standard Practice for Thermal Conductivity of Materials Using a Thermal Capacitance(Slug) Calorimeter)。 虽然ASTM E2584这个标准惯例几经修改，甚至美国ANTER公司还出品了相应的测 试设备FireLine Model 1000,但这种方法还是没有得到很好的推广应用，相关的研究报道 也仅限于Bentz等极少数人员，目前美国ANTER公司也停产了这种测试设备。造成量热计 式准稳态热导率测试方法没有得到推广应用的主要原因是这种方法的优点突出，同时缺点 也非常突出。 优点： (1)整个温度区间内的热物性参数连续测量：即通过一个线性升温和降温过程，就可以 获得热物性参数随温度的连续变化曲线，大大缩短了测试周期提高了测试效率。 (2)具有多参数测量功能：可以同时测量被测试样的热导率、热扩散率和比热容。 (3)材料的等效热物性测试能力：就是将被测试样等效为一个整体，可以测量出整 体材料在整个温度区间内的热物性参数变化情况，同时还可以检测到整体材料完整的相变 过程。这种优势是其它测试方法所不具备，特别适用于防火材料和相变蓄热材料的性能检 测。 (4)测试模型简单、测量装置易于工程实现，只要量热计材质耐温性能允许，可以 实现很高温度下的热物性参数测量。 缺点：虽然测试模型简单，但要实现测试模型所要求的边界条件却很难实现，所以 带来的突出缺点就是测量误差很大，这就是这种量热计式准稳态热导率测试方法目前只能 定性测量而无法定量测量的瓶颈。无法实现测试模型所要求的边界条件主要包括以下几方 面内容： (1)量热计侧向热损失带来的影响。在量热计式准稳态热导率测试惯例ASTM E2584 中指出这种方法的热导率测试范围是〇.〇2~2W/mK。之所以确定热导率测量下限为0.02 W/ mK，是因为量热计周围用的隔热材料热导率为0. 02 W/mK，这种隔热材料是目前本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种主动护热式准稳态量热式隔热材料热导率测量装置，其特征在于，对温度变化中的量热计进行主动电加热护热，而不是采用隔热材料对量热计进行被动护热形式；也就是在量热计不接触试样的方向上增加护热装置，使护热装置的温度自始至终与量热计温度相同。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：武玉茹，章弋，何小瓦，
申请(专利权)人：上海依阳实业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。