[發明專利]加載狀態下泡沫類絕熱材料低溫熱導率的測試裝置

無效

• 申請號: 200910248607.0
• 申請日: 2009-12-22
• 公開（公告）號: CN101738414A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 楊春光;高興;張殿光;段煉
• 申請（專利權）人: 大連水產學院
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 大連非凡專利事務所 21220
• 代理人: 閃紅霞

技術領域：

本發明涉及一種泡沫類絕熱材料低溫導熱系數的測試裝置，尤其是結構簡 單、成本低廉、操作方便、測試結果準確的加載狀態下泡沫類絕熱材料低溫熱 導率的測試裝置。

背景技術：

泡沫類絕熱材料已被廣泛應用于低溫領域，如應用于液化天然氣的運輸管 線、液化天然氣船和其它低溫液體的儲存和運輸等，應用于航天工業低溫液體 推進劑的保溫層和外太空低溫環境的絕熱設計等。泡沫類絕熱材料的低溫熱導 率是一項重要的熱物理性質指標，是進行絕熱計算必不可少的熱力學參數。

現有的材料熱導率測試方法大體分為兩種，即非穩態法和穩態法。非穩態 法是使試樣的某一部分溫度做突然的或周期的變化，而在試樣的另一部分測量 溫度隨時間的變化速率，進而直接測出試樣的導溫系數或熱擴散率α，再通過材 料的比熱和密度求出熱導率。由于此類測試儀器昂貴，導致非穩態法難以應用， 因此目前普遍使用的是穩態法。

穩態法中常采用的是軸向熱流法，即根據傅利葉定律，在泡沫類絕熱材料 試樣的冷面和熱面維持一定的溫度T₁和T₂，形成一個溫度梯度，同時保證其軸向 穩定的熱流Q(杜絕其它各方向的熱損失)，由下式計算材料的導熱系數：

λ=QδA(T1-T2)]]>

其中A為試樣的有效傳熱面積，δ為試樣的厚度。

在實現軸向熱流法測試時，通常都設置了一個實驗體，實驗體從上至下分 別為壓板、絕熱板、底爐、上均熱板、主爐(四周布置保護環爐)、下均熱板、 試樣及冷板，底爐和主爐是采用無感雙線繞法將漆包康銅絲均勻地繞在云母片 上，采用穩壓電源對康銅絲通電，將電能轉化為熱能，形成加熱體；均熱板和 冷板都采用表面拋光的黃銅薄板，表面刻有凹槽用來安裝感溫元件(如熱電偶 等)。在實驗過程中采用溫差熱電堆控制溫差，保證主爐與環爐之間、主爐與底 爐之間的溫差小于0.2℃，以最大限度消除主爐向上及徑向的熱損失。測試時通 過均布于冷板和均熱板上的三支熱電偶的平均溫度分別得到冷熱板的溫度(T1、 T2)，通過電壓表測量主爐爐絲上的電壓，在回路上設置標準電阻，測其兩端電 壓，通過計算即得加熱熱流Q。在試樣有效傳熱面積A和試樣厚度δ一定的條件下， 即可測出試樣材料的導熱系數λ。

但是，由于現有測試裝置難以實現冷板真正處于液氮溫度甚至更低溫度狀 態，故上述熱導率測試方法基本上都用于常溫至高溫溫度區間。如國家標準GB/T 3139-2005中的采用穩態法中的防護熱板法進行纖維增強塑料熱導率的測試，熱 板溫度不超過260℃，冷板溫度從室溫升至所需溫度。而將上述方法應用于低溫 的極少，中國專利號為200820074919.5的實用新型專利介紹了帶鎖緊機構的導 熱系數低溫測定裝置，但是并沒有公開如何解決低溫下氣體對流熱損及試樣表 面結霜問題。另外，在文獻《聚氨酯硬質泡沫塑料低溫熱導率》中也介紹了一 種低溫測試方法，雖然有效地解決了熱損問題及試樣與冷熱板的接觸問題，但 是整個實驗單元需浸入到低溫液體中，由于較大的熱惰性，冷卻過程中需要耗 費大量價格昂貴的液氦或者液氫等低溫液體，成本較高。

無論非穩態法還是穩態法都是對自然狀態下的材料進行測試，然而泡沫類 絕熱材料內部是由無數個彎曲環繞的微小閉孔結構組成，封閉泡孔孔壁非常薄 (一般只有幾個微米)，泡孔之間由骨架連接，在低溫應用時寸泡沫類絕熱材料有 時會受到外加載荷的作用，這種外加載荷改變了泡沫微孔結構中的泡孔壁和泡 孔骨架的結構形態，造成其導熱系數發生變化。可是迄今為止，還沒有關于對 加載狀態下的泡沫類絕熱材料低溫熱導率進行測試的方法及裝置。

發明內容：

本發明是為了解決現有技術所存在的上述技術問題，提供一種結構簡單、 成本低廉、操作方便、測試結果準確的加載狀態下泡沫類絕熱材料低溫熱導率 的測試裝置。