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儀表網(wǎng) 儀表標(biāo)準(zhǔn)】由中國材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會建筑材料標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會絕熱吸聲材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(CSTM/FCO3/TCO5)歸口承擔(dān)的《工業(yè)用絕熱制品熱膨脹系數(shù)的測定光學(xué)法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)(立項(xiàng)號:CSTM LX 0305 00915—2022)已完成征求意見稿,按照《中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》的有關(guān)規(guī)定,現(xiàn)公開廣泛征求意見。
在能源日漸緊張的今天,提高能效、降低能耗是我國一項(xiàng)重要任務(wù),絕熱材料作為一種良好的節(jié)能材料,正在各領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越大的作用。
然而,在保溫節(jié)能的同時,
保溫材料在不同溫度下的線性變化和各種保溫材料之間對熱的反應(yīng)的匹配性極大地影響了保溫效果。例如在常溫下安裝的保溫材料,當(dāng)升到某個使用溫度后,材料在長度、寬度和厚度方向都會發(fā)生一定的線性變化。如果沒有很好地預(yù)測出這種變化或預(yù)測的與實(shí)際相差太大,在實(shí)際使用中就會產(chǎn)生保溫層破壞導(dǎo)致熱能源損耗的后果。如果同時使用幾種不同特性的保溫材料,在某個使用溫度下,這幾種不同特性的保溫材料會發(fā)生不同程度的收縮或膨脹,如果收縮或膨脹相差較大,那么會發(fā)生保溫層破壞從而降低保溫效果的情況。因此如果能夠通過測試手段來預(yù)測保溫材料在某個溫度下的線膨脹系數(shù),將會指導(dǎo)實(shí)際的保溫工程,真正起到節(jié)能保溫的作用。
目前,國內(nèi)有GB/T 34183-2017《建筑設(shè)備及工業(yè)裝置用絕熱制品 熱膨脹系數(shù)的測定》,國外有ISO 18099:2013《建筑設(shè)備和工業(yè)裝置用絕熱產(chǎn)品 熱膨脹系數(shù)的測定》、ISO 23766:2022 《工業(yè)用絕熱制品 低溫?zé)崤蛎浵禂?shù)的測定》。其中,國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 18099:2013和GB/T 34183-2017《建筑設(shè)備及工業(yè)裝置用絕熱制品 熱膨脹系數(shù)的測定》標(biāo)準(zhǔn)等同,均是測量溫度在196℃~850℃范圍內(nèi)絕熱制品的熱膨脹系數(shù),適用范圍和試驗(yàn)方法等相同。
傳統(tǒng)的頂桿法是通過推桿與樣品接觸得到被測樣品在加熱時長度隨溫度的變化來測得材料的熱膨脹系數(shù)。這種測量方法雖然目前已經(jīng)可以得到很高的精度,但由于推桿與樣品的接觸存在相互作用力,對于測量有高溫流變或者在過冷液相區(qū)的大塊非晶樣品,會因樣品變形而造成測量失真。頂桿法測量的樣品小,且只能測剛性材料,對于柔性材料、大尺寸測試無能為力。
本次制定的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)采用了新方法——光學(xué)法,該方法具有非接觸式、高精密度、適應(yīng)性光等特點(diǎn),測試溫度范圍可由 -150 ℃ 至 600 ℃,其使用高性能GaN LED光源和準(zhǔn)直透鏡給出平行光束,經(jīng)過樣品后,由高分辨度的傳感器測得樣品的“影子”變化,分度值可達(dá)50 nm/0.1℃。本標(biāo)準(zhǔn)制定后將給出新的測定方法,將提高我國對熱膨脹系數(shù)的測試和評價能力。
本文件參照GB/T 1.1—2020 《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分:標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》,GB/T 20001.4《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則 第4部分:試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》給出的規(guī)則起草。參考GB/T 4132 絕熱材料及相關(guān)術(shù)語;GB/T 34183 建筑設(shè)備及工業(yè)裝置用絕熱制品 熱膨脹系數(shù)的測定等規(guī)程內(nèi)容編制。
本文件規(guī)定了測定熱膨脹系數(shù)的方法。本文件適用于絕熱材料,溫度范圍為-196℃~800℃,且不超過絕熱制品的使用溫度限。本標(biāo)準(zhǔn)不適用于在試驗(yàn)過程中由于結(jié)合水損失或其他相變而產(chǎn)生尺寸變化的制品。
原理:
隨著制品溫度變化,線性尺寸發(fā)生變化,通過光學(xué)測試方法進(jìn)行測試與表征。
儀器和設(shè)備:
1.光源系統(tǒng)。能夠向試樣和傳感器提供寬體平面平行光柱的InGaN光源。應(yīng)使用準(zhǔn)直透鏡,使光源平行度達(dá)到2″。
2.光傳感器系統(tǒng)。使用傳感器探測光柱與試樣陰影。使用數(shù)碼邊緣探測處理器評估傳感信號,準(zhǔn)確稱量試樣在溫度變化前后的尺寸。長度精度應(yīng)達(dá)到 2 × 10−4 × ,長度變化量精度應(yīng)達(dá)到 2 × 10−5 × 。
3.測試爐體與加熱冷卻系統(tǒng)。可將試樣平均溫度保持在目標(biāo)測試溫度± 0.5 K。測試爐體在試驗(yàn)期間應(yīng)可控制升溫速率至 1 °C/min。爐體宜設(shè)置為碟狀,可在試樣上方或下方使用電加熱系統(tǒng)與液氮冷卻系統(tǒng)。測試爐體應(yīng)設(shè)有光柱穿過的孔??椎某叽鐟?yīng)與試樣和光源相符,并保證溫度分布均勻。
4.溫度測試儀器。根據(jù)試驗(yàn)溫度選用校驗(yàn)過的熱電偶,精確至±0.5K。熱電偶鏈接至一個持續(xù)測試裝置。如果僅需兩個溫度的平均線性熱膨脹系數(shù),測試只在兩個溫度之間進(jìn)行即可。如果需要全溫度范圍的曲線,應(yīng)進(jìn)行連續(xù)的測試。
5.試樣制備儀器。切割試樣的合適的鋸條或薄壁管狀刀具。薄壁管狀刀具一般為一端邊緣鋒利的金屬管,用來切割柱形試樣。
試驗(yàn)步驟:
清潔樣品表面并放置在光柱區(qū)域的中心位置,確保試樣表面與光柱方向垂直。在 (23 ± 2) °C條件下測試其常溫情況下的長度。
將熱電偶放置在試樣背光面上的空洞中,或保證試樣與熱電偶的良好接觸,在這種情況下,試樣與熱電偶的發(fā)射系數(shù)應(yīng)匹配。
關(guān)閉測試爐體,開始加熱/冷卻系統(tǒng)至測試段最低溫度。然后開始加熱洗漱,確保溫度梯度能夠滿足相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求。如果未給出相關(guān)信息,則在升溫過程中不超過3 K/min,在接近目標(biāo)溫度 50 °C時,不超過1 K/min。
保持溫度一段時間,是試樣溫度可達(dá)到均勻。通常,30min可以達(dá)到。
在溫度達(dá)到目標(biāo)溫度 (± 1 K)后記錄溫度和測試試樣長度。連續(xù)記錄長度變化/溫度曲線。
當(dāng)溫度返回常溫時,重新測試試樣長度。如果不可擬的變化發(fā)生,重復(fù)測試直到僅有可逆變化發(fā)生。
結(jié)果應(yīng)由可逆變化的讀數(shù)進(jìn)行計算。
測試報告:
測試報告應(yīng)包含以下信息:a)標(biāo)準(zhǔn)號;b)產(chǎn)品信息:1)產(chǎn)品名稱、工廠、制造商或供應(yīng)商;2)產(chǎn)品編碼;3)產(chǎn)品型號;4)其他適用的信息,例如標(biāo)稱尺寸。
c)測試步驟:1)抽樣信息;2)試樣調(diào)試情況;3)樣品是否包含貼面等;4)任何的偏差;5)測試時間;6)測試溫度;7)影響結(jié)果的任何事件。
d)結(jié)果:1)熱膨脹系數(shù)單值與平均值;2)長度變化/溫度曲線。
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