国家标准 GB/T10297一2015 代替GB0297二199s 非金属固体材料导热系数的测定热线法 Tesmethodforthermalconductivityofnonmetasolidmaterials一 Hot-wiremethod 2015-09-11发布 2016-08-01实施中毕人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布中国国家标准化管厘委员会国家标准
GB/T10297一2015 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准代替了GB/T10297一1998《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士0.5%”修改为“测量加热功率的误差应小于0.5%” 把GB/T10297一1998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盼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/T10297一1998的历次版本发布情况为 GBl0297一1988
GB/T10297一2015 非金属固体材料导热系数的测定热线法范围本标准适用于导热系数小于2w/mK)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术语和定义 (GB/T4132界定的术语和定义适用于本文件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5 mm 距测温热电偶的距离应不小于60nmm 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1AV),其时间常数应小于2s
GB/T10297一2015 H 说明: 补偿器; 记录仪试样; 热电偶测量端电源; 电压表; 电流表图1带补偿器的测定电路示意图单位为毫米说明记录仪; 试样热电偶测量端l; 电源电压表; 电流表; 热电偶测量端2 8 图2带差接热电偶的测定电路示意图
GB/T10297一2015 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“十”(或“-”)极线与热线焊接,热电偶接点与热线之间的距离约为0.3mm0.5mm 10 0.3mm~05mm 说明: -试样; 9 -热电偶“A”; 10 -热丝; 热电偶 11 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a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1V(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章要求试样取样 6.1 试样取自同批产品
GB/T10297一2015 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1l4mm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 lL" 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80mmX114mm40mm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 80 图5试样盒示意图
GB/T10297一2015 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人干燥器内降至室温(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1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 -测量温度下,应重装测定探头测定三次结果计算 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0, 按式(1)计算修正热线与试料热容量差异后的热线温升0 0 DL L(phC小 p.C 4P 式中: -热线修正后温升,单位为开尔文(K); a -热线的测量温升,单位为开尔文(K);
GB/T10297一2015 测0,时的加热时间,单位为秒(s); 热线的直径,单位为米(m); D 热线A,B间的长度,单位为米(m); 热线A,B段的加热功率,单位为瓦特(w); 热线的密度,单位为千克每立方米(kg/mi'). 试样的密度,单位为千克每立方米(kg/m'): -热线的比热容,焦耳每千克开尔文[J/kgK] ph 试样的比热容,焦耳每千克开尔文[/(kgK] 注1:i.c山和c可采用材料手册中的常用值(参见附录A. 注2;导热系数大于1w(mK)的材料可不进行修正热线A,B段的加热功率按式(2)计算 =IU p 式中: 热线A、B段的加热功率,单位为瓦特(w). 热线加热电流,单位为安培(A); 热线A.B段的加热电压,单位为伏特(V 8.2以时间的对数Inr为横坐标,以温升日为纵坐标,绘出ln,和'的曲线,确定其线性区域 8.3推荐在lnr-0曲线的线性区域内,等距选取45个测点数据拟合直线方程,按式(3)求出其斜率 A 亦可取直线区域二端测点的数据计算A,但应等于60s一90s A0 一0" A 3 n/ G市式中 ln0在曲线线性区域的斜率,单位为开尔文(K); A 热线修正后的温升1,单位为开尔文(K); 0的 6 -热线修正后的温升2,单位为开尔文(K); 测0时的加热时间,单位为秒(s)1 l1 测e.时的加热时间,单位为秒(s) 8.4按式(4)计算试件导热系数入= 式中: 试件导热系数,单位为瓦每米开[w/(mK]; lnr-0曲线线性区域的斜率,单位为开尔文(K); 热线A、B段的加热功率,单位为瓦特(w) 热线A,B间的长度,单位为米(m) 渊定结果为三次重新安装渊定探头渊量的算术平均值单一测量值与平均值的偏差不应大 8.5 5%,否则重新进行测定测量误差遵守本标准规定,测量值的置信度为95%时的重复性(同一测定人员,同一仪器)约士5%,重现性 (不同的测定人员,不同仪器)约士10%
GB/T10297一2015 1 测定报告测定报告应包括如下内容: a)说明按本标准进行试验; b) 试样来源(委托单位,生产厂等); e)试样概况(名称、种类,规格、密度和含湿率等); 试样尺寸 d 测量温度及在此温度下的导热系数测定地点和日期测定单位的名称测定报告批准人的姓名,职务,签字或等效的标识及测定单位的签章; 必要时,应当做出测量结果仅与试样相关的声明注明测定报告的页码和总页数; 未经测定单位批准,不得复制全文复制除外)测定报告
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非金属固体材料导热系数的测定热线法GB/T10297-2015

非金属固体材料在工业生产和科学研究中具有广泛的应用。在一些特定的应用场合，材料的导热性能是至关重要的指标。因此，对非金属固体材料导热系数的准确测定具有重要意义。

热线法原理

热线法是一种常用的测定非金属固体材料导热系数的方法。其原理基于斯特莫尔-库仑定律（Stefan-Boltzmann Law）和傅里叶热传导方程（Fourier's Law of Heat Conduction），通过在线加热和测量所得的温度变化来计算材料的导热系数。

测量步骤

根据GB/T10297-2015标准，热线法的具体测量步骤如下：

将测试材料制成规定尺寸的棒形或板形试样。
将试样两端接上电极，并通过电阻丝加热。
在试样表面选定一点，作为温度检测点。
通过热电偶或红外测温仪等设备，对该点进行连续的温度测量，并记录其变化曲线。
根据热源功率、试样尺寸和温度变化曲线计算试样的导热系数。

实验注意事项

在进行热线法测量时，需要注意以下几点：

试样应具有均匀的物理性质，以保证测量结果的可靠性。
试样尺寸应符合标准要求，以确保数据的可比性。
温度测量应精确可靠，可采用多种方法进行校验和交叉验证。
在进行测量前，应对实验装置进行充分的预热，以消除温度梯度对测量结果的影响。

结语

非金属固体材料导热系数的准确测定对于材料工程、能源科学等领域具有重要的理论与实际意义。本文介绍了一种常用的测量方法——热线法，并详细阐述了该方法在GB/T10297-2015标准中的应用。希望本文能够对相关领域的研究者和实践者提供一定的参考。