ICS91.120.10 Q25 中华人民共和国国家标准 GB/T10297—2015 代替GB/T10297—1998 非金属固体材料导热系数的测定 热线法 Testmethodforthermalconductivityofnonmetalsolidmaterials— Hot-wiremethod 2015-09-11发布 2016-08-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准代替了GB/T10297—1998《非金属固体材料导热系数的测定 热线法》。与GB/T10297— 1998相比,除编辑性修改外主要技术变化如下: ———删除了引言。 ———本版标准中温度使用国际单位制的热力学温度。 ———删除了第1章范围中的“尤其是轻质的各向同性均质绝热材料”。 ———将5.3“测量加热功率的准确度应优于±0.5%”修改为“测量加热功率的误差应小于0.5%”。 ———把GB/T10297—1998中的附录A(提示的附录)修改为附录A(资料性附录),并补充新增加 了泡沫酚醛塑料和玻璃纤维酚醛模塑料等具有安全阻燃特点的建筑材料相关数据。删除不符 合环保、低碳排放要求的石棉保温板等产品。 本标准由中国建筑材料联合会提出。 本标准由全国绝热材料标准化技术委员会(SAC/TC191)归口。 本标准起草单位:深圳金台纤维有限公司。 本标准主要起草人:郭晓明、叶文进、段利伶。 GB/T10297—1998的历次版本发布情况为: ———GB10297—1988。 ⅠGB/T10297—2015 非金属固体材料导热系数的测定 热线法 1 范围 本标准适用于导热系数小于2W/(m·K)的各向同性均质非金属固体材料导热系数的测定。 本标准不适用于导电的非金属材料(如碳化硅)。 本标准方法作为稳态法的补充方法,适用于企业质量控制等场合,不适用于鉴定或仲裁试验。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T4132 绝热材料及相关术语 3 术语和定义 GB/T4132界定的术语和定义适用于本文件。 4 原理 热线法是测定材料导热系数的一种非稳态方法。其原理是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。由于热线与试样的热容量不同,以恒定功率对热丝 加热时,热丝不是以恒定功率放热,其放热功率亦不等于加热功率,造成测量误差。对于轻质绝热材料, 这项误差不能忽视,本标准中按假定热线线性升温的简化方法进行修正。 5 仪器 5.1 测定装置 常用的热线法测定装置如图1和图2所示。A、B点距试样边缘的距离应不小于5mm。距测温热 电偶的距离应不小于60mm。 5.2 电源 稳定的直流(或交流)稳流(或稳压)电源。其输出值的变化应小于0.5%。 5.3 功率测量仪表 测量加热功率的误差应小于0.5%。 5.4 测温仪表 测量热线温升仪表的分辨率不应低于0.02K(对于K型热电偶相当于1μV),其时间常数应小于2s。 1GB/T10297—2015 说明: 1———补偿器; 2———记录仪; 3———试样; 4———热电偶测量端; 5———电源; 6———电压表; 7———电流表。 图1 带补偿器的测定电路示意图 单位为毫米 说明: 2———记录仪; 3———试样; 4———热电偶测量端1; 5———电源; 6———电压表; 7———电流表; 8———热电偶测量端2。 图2 带差接热电偶的测定电路示意图 2GB/T10297—2015 5.5 测量探头 5.5.1 测量探头由热线和焊在其上的热电偶组成见图3。为消除加热电流对热电偶输出的干扰,热电 偶用单根“+”(或“-”)极线与热线焊接,热电偶接点与热线之间的距离约为0.3mm~0.5mm。 说明: 3———试样; 9———热电偶“A”; 10———热丝; 11———热电偶。 图3 测量探头及其布置 5.5.2 热线由低电阻温度系数的合金材料(如NiCr丝)制成,其直径不应大于0.35mm。热线在测量 过程中,其电阻值随温度的变化不应大于0.5%。 5.5.3 热电偶丝的材质为NiCr-NiSi,其直径宜尽可能小,不应大于热线直径。热电偶丝与热线之间的 夹角α不大于45°,引出线走向与热线保持平行。热电偶制成后,需应经退火处理,否则需应重新标定 其热电势与温度的关系。 5.5.4 电压引出线应采用与热线相同的材料,其直径应宜尽可能小。 5.6 热电偶冷端温度补偿器 补偿器的漂移不应大于1μV/(K·min)。在无补偿器的情况下,可借助热电偶2同热电偶1的差 接起补偿器的作用(见图2)。 5.7 标定 测定装置组成后,应用经防护热板法测定导热系数的各向同性均质试样进行标定。标定结果应满 足第9章要求。 6 试样 6.1 取样 试样取自同批产品。 3GB/T10297—2015 6.2 试样的制备和尺寸 6.2.1 块状材料 6.2.1.1 试样为两块尺寸不小于40mm×80mm×114mm的互相叠合的长方体(见图4)或为两块横 断面直径不小于80mm,长度不小于114mm的半圆柱体叠合成的圆柱体。 6.2.1.2 试样互相叠合的平面应平整,其不平度应小于0.2%,且不大于0.3mm。以保证热线与试样及 试样的两平面贴合良好。 6.2.1.3 对于致密、坚硬的试样,需在其叠合面上铣出沟槽,用来安放测量探头。沟槽的宽度与深度必 须与测量探头的热线和热电偶丝直径相适应。用从被测量试样上取下的细粉末加少量的水调成粘结 剂,将测量探头嵌粘在沟槽内,以保证良好的热接触。粘好测量探头的试样,需经干燥后,方能测试。 6.2.1.4 有面层或表皮层的材料,应取芯料进行测量。 单位为毫米 图4 试样尺寸示意图 6.2.2 粉末状和颗粒材料 6.2.2.1 对粉末状和颗粒材料的测定,使用两个内部尺寸不小于80mm×114mm×40mm的盒子(见 图5)。其下层是一个带底的盒子,将待测材料装填到盒中,并与其上边沿平齐,然后将测量探头放在试 样上。上层的盒子与下层的内部尺寸相同,但无底。将上层盒子安放在下层盒子上,将待测材料装填至 与其上边沿平齐。用与盒子相同材料的盖板盖上盒子,但不允许盖板对试样施加压力。 单位为毫米 图5 试样盒示意图 4GB/T10297—2015 6.2.2.2 通常粉末状或颗粒材料要松散充填。需要在不同密度下测量时,允许以一定的加压或振动的 方式使粉末或颗粒材料达到要求的密度。上、下两个盒子中的试样装填密度应各处均匀一致。测定和 记录试样的装填密度和松散密度。 6.3 试样干燥处理 欲测定干燥状态的导热系数,应将试件在烘箱中烘至恒重,然后用塑料袋密封放入干燥器内降至室 温(一般需8h)。待试件中内外温度均匀一致后,迅速取出,安装测定探头,在2h内完成测定工作。 6.4 大颗粒材料 由平均粒径不小于3mm颗粒组成的颗粒材料(或块状材料)和纤维材料(或制品)需经与防护热板 法进行成功对比后,才能确定本方法的适用性。 7 测定过程 7.1 环境控制 7.1.1 在室温下测定时,用隔热罩将试样与周围空间隔离,减少周围空气温度变化对试件的影响。在 高于或低于室温条件下测定时,试样与测量探头的组合体应放在加热炉或低温箱中。 7.1.2 加热炉(或低温箱)应进行恒温控制。恒温控制的感温元件应安放在发热元件的近旁。 7.1.3 试样应放置在加热炉(或低温箱)中的均温带内。 7.1.4 应防止加热炉发热元件对试样的直接热辐射。 7.1.5 置于低温箱内的试样及测量探头的表面不应有结霜现象。 7.2 测量 7.2.1 将试样与测量探头的组合体置于加热炉(低温箱)内,把加热炉(低温箱)内温度调至测定温度, 当焊在热线中部的热电偶输出随时间的变化小于每5min变化0.1K,且试样表面的温度与焊在热丝上 的热电偶的指示温度的差值在热线最大温升的1%以内,即认为试样达到了测定温度。 7.2.2 接通热线加热电源,同时开始记录热线温升。测定过程中,热线的总温升宜控制在20K左右, 最高不应超过50K。如热线的总温升超过50K,则必须考虑热线电阻变化对测定的影响。测定含湿材 料时,热线的总温升不应大于15K。 7.2.3 测量热线的加热功率(电流I和电压U)。 7.2.4 加热时间达预订测量时间为5min时,切断加热电源。 7.2.5 每一测量温度下,应重装测定探头测定三次。 8 结果计算 8.1 从测得的热线温升曲线上,按30s时间间隔依次读取热线的温升θi。按式(1)计算修正热线与试 料热容量差异后的热线温升θ'i。 θ'i=θi 1-πD2L(ρhcph-ρscps) 4P×θi ti…………………………(1) 式中: θ'i———热线修正后温升,单位为开尔文(K); θi———热线的测量温升,单位为开尔文(K); 5GB/T10297—2015 ti———测θi时的加热时间,单位为秒(s); D———热线的直径,单位为米(m); L———热线A、B间的长度,单位为米(m); P———热线A、B段的加热功率,单位为瓦特(W); ρh———热线的密度,单位为千克每立方米(kg/m3); ρs———试样的密度,单位为千克每立方米(kg/m3); cph———热线的比热容,焦耳每