橡胶热物性参数测量规范

橡胶热物性参数测量方法

1.试验原理

瞬态平面热源法测定材料热物性的原理是将Hot Disk探头放置在两片样品之间，通过施加足以引起探头温升几分之几度至几度的电流，同时及记录电阻(温度)增加与时间的关系,通过了解电阻的变化可以知道热量的损失，从而反映样品的导热性能。

2.术语和定义

热扩散系数α：热扩散系数又叫导温系数，它表示物体在加热或冷却中，温度趋于均匀一致的能力。

导热系数k: 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，℃），在1h内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度（W/(m·K)。

比热容c：比热容又称比热容量，简称比热，是单位质量物质的热容量，即单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。

3.试样

圆形试样（或长方形试样）：相同形状和大小的经过硫化的橡胶块两块，厚度≥8mm，直径6cm,表面光滑平整。

4.实验仪器

Hot Disk 热常数分析仪（Hot Disk TPS500）、高低温恒温箱

5.试验温度

测量温度范围为20℃-150℃，取10个测量点，分别为20℃、40℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、130℃、150℃。

6.测量步骤

6.1 样品安装

1. 把探头安装到室温样品支架

2. 把其中一个样品放置到样品支架的台面上，并通过两个螺丝调整它的高度

使样品的表面和已经水平固定的探头处于同一个平面。

3. 把第二个样品放置到探头的上面，使用探头上方的单个螺丝给样品加压固

定。最好的样品安装应该使Hot Disk探头置于这个螺钉的中心位置。将一个小的金属片放置于样品顶部可以保证单轴的压力。

4.将安装好的样品和支架放入恒温箱中，连接探头的高温导线从温箱侧面的通

道与TPS相连（使用RS232端口）。

6.2样品预热

为了得到理想的实验结果，确保样品和周围环境温度的相对稳定是很重要的。尤其是在高温下或低温下测试样品的导热系数。注意；温箱中加热时尽管显示的温度已经达到设置的炉温，但是要使样品达到同样的温度需要更久的时间来确保温度的稳定。根据经验橡胶预热时间设定为90分钟。

6.3开始测试

a 选择试验参数

启动Hot Disk装置，选择块体(类型I)，Hot Disk热常数分析仪软件的主窗口将会显示之前使用过的实验设定。测试时间设置为40s，测试功率为20mW，探头选择5465型号，电缆选择红色电缆（最高温度180℃），温度为当前温箱内的温度，设置完要仔细确认功率大小，如果功率过大将损坏探头，其他参数为默认值。

b 进行试验

点击开始后，仪器将进行温漂测试，然后用选用的功率加热样品，同时记录探头温度增加的200个数据点。一旦瞬变记录结束，温漂图表和瞬变会被显示。以下两种情况下建议不要对该组数据进行计算分析：

1.温度漂移图表上离散的点有上升或下降的趋势，说明样品温度不是等温

的。

2.瞬态曲线不是很光滑。

c 数据计算

在数据分析时，实验刚开始的点都要被删除，剩余的点可用来计算样品的热性能参数。选择8到200点作为计算区间，选择标准解析进行计算。计算结果包括导热率、热扩散系数、体积比热。

d 重复试验

为提高试验精度，同一温度下试样需做5组试验求得平均值，每组试验间隔设置为40分钟，计划程序是用来执行一系列操作的工具，点击计划程序，设置5组相同的试验，试验间隔设置为40分钟。

7结果处理

五组试验做完后，点击“输出结果”依次导出每组试验的结果，在excel 表格中求出5组试验热物性参数的平均值，注意：偏差在10%以外的实验数据不可取。将各个温度下的热物性参数在excel中用散点图描述，结果如下图所示：

结果表明，试验所取的20-150℃范围内，热扩散系数、导热系数和比热容与温度近似的呈线性关系，可采用线性方程F=a0+a1*T对实验数据进行拟合，式中a0、a1均为材料参数，T 为测试的温度点，F 分别表示热扩散系数、热传导系数及比热容。