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Q&A | 一文了解材料导热系数测定

Q&A | 一文了解材料导热系数测定

2022-10-24
技术文章
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导热系数是材料本身一项重要参数,可以通过仪器精确测量获得,以此来区分哪些材料是导热材料,哪些材料是绝热材料。材料导热性能的精确测定对于环境工程、建筑工程、节能保温工程、教研都有重要意义。今天,我们就通过SGS的导热系数检测能力来了解一下。

Q:什么是材料的导热性能?

A:导热性能是材料传递热量的能力,用导热系数表示。导热系数的物理意义为:在稳定传热条件下,当材料层单位厚度内的温差为1℃时,在1h内通过1m2表面积的热量,单位是W/m·K。材料导热系数越大,导热性能越好。

Q:影响材料的导热性能因素有哪些?

A:材料本身的组成是影响导热系数最重要的因素,金属材料的导热系数最大,无机非金属材料导热系数次之,有机材料的导热系数最小。除此以外,材料的微观结构、孔隙率、孔隙特征和含水率对等因素对导热系数也有影响。

Q:什么是绝热材料?

A:土木工程中用于保温、隔热的材料统称为绝热材料,通常把导热系数小于0.23W/(m·K)的材料称为绝热材料。如:岩棉、泡沫玻璃等。

Q:材料导热系数的测试方法有哪些?

A:根据导热过程的宏观机理可分为稳态法和瞬态法,常规的热流计法,防护热板法等属于稳态法;激光闪射法,热线法和平面热源法等都在瞬态法的范畴之内。

现在,我们就再来通过SGS的导热系数检测能力来了解一下如何选用合适的导热系数测试方法。

稳态法之一:热流计法

测试原理:当热板和冷板在恒定温度和恒定温差的温度状态下,用已标定的热流传感器测量穿过样品的热流,在达到热平衡后,测得最终的数据。

本方法是间接或相对的方法,原理简答清晰,精确度高。

测试参数

测试标准 适用范围

导热系数

热阻

ASTM C518

EN 12667 / 12664 /

ISO 8301

GB/T 10295

适用于导热系数范围:

0.005~0.5 W/(m·K)

平整度高的保温绝热材料

如:岩棉、玻璃棉、橡胶等


稳态法之二:防护热板法

防护热板法测定原理和热流计相似,在具有平行表面的均匀板状试件内,建立类似于以两个平行的温度均匀的平面为界的无限大平板中存在的一维的均匀热流密度。

本方法是绝对法或仲裁法,是目前公认准确度最高的方法。

测试参数

测试标准 适用范围

导热系数

热阻

ASTM C177

EN 12667 / 12664 /

ISO 8302

GB/T 10294

适用于导热系数

0.015~0.5 W/(m·K)

平整度高的保温绝热材料

如:岩棉、玻璃棉、橡胶等


瞬态法之一:激光闪射法

测试原理:在一定的设定温度下,由激光源在瞬间发射一束光脉冲,均匀照射在样品下表面,使其表层吸收光能后温度瞬时升高,并作为热端将能量以一维热传导方式向冷端传播。通过温度升高对时间的关系曲线即可得到热扩散系数。在已知设定温度下的热扩散系数、比热与密度便可计算得出此温度下的导热系数。

本方法是热扩散系数的绝对法。

测试参数

测试标准 适用范围

热扩散系数

导热系数

ASTM E1461

ASTM E2585

ISO 13826

ISO 22007-4

GB/T 22588-2008

导热系数测试范围:

0.1-4000 W/(m·K),

适用于各种同向、均质、不透光材料


瞬态法之二:热线法

测试原理:在匀温的各向同性均质试样中放置一根电阻丝,即所谓的“热线”,当热线以恒定功率放热时,热线和其附近试样的温度将会随时间升高。根据其温度随时间变化的关系,可确定试样的导热系数。

本方法是应用比较多的方法。

测试参数

测试标准 适用范围
导热系数 GB/T 10297

适用于导热系数小于2 W/(m·K)

各向同性均质非金属固体材料

 
瞬态法之三:平面热源法

测试原理:利用线性温度电阻系数的材料-镍导电金属经刻蚀处理后形成的薄片作为平面探头。测试时探头夹在两片样品之间,形成三明治结构。该探头在有效的测试时间内产生2-5K温升,其热流会传导入被测样品内部。通过探头两端电压的变化,可以得到探头热量散失速度。通过探头热量散失速度与导热系数和热扩散系数的关系,可以得到被测样品的导热系数及热扩散系数。

特点是测试简单,测试速率快。

测试参数

测试标准 适用范围

热扩散系数

导热系数

ISO 22007-2

GB/T 32064

适用于非绝热材料的高导材料、液体、气体和粉体材料


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