HotDisk瞬态平面热源法在建筑节能材料测试中的应用.pdf

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1、HotDisk瞬态平面热源法在建筑节能材料测试中的应用（北京中建建筑科学技术研究院丰台区南苑新华路1号100076）摘要本文介绍了HotDisk瞬态平面热源法测试原理，以及采用HotDisk瞬态平面热源法测试建筑材在不同含水率条件下导热系数的变化趋势。关键词导热系数静态法瞬态法瞬态平面热源法含水率1引言导热系数是反应材料热工性能的参数，是鉴别材料保温性能优良的主要标志。近几年，随着我国建筑节能法规和标准的出台，建筑业对建筑节能越来越重视。因此，准确测得建筑材料在不同含水率条件下导热系数的变化趋势，对于工程合理选材及工程验收具有十分重要的意义。然而伴随材料科学的飞速发展，对材料的

2、测试方法提出了更高的要求，即不断拓宽应用范围、提高测试精度和测试速度。因此需要不断地改进传统测试方法，并采用全新的测量技术。如今，很多新材料和材料在不同含水率条件下热工性能的变化等很难从资料中获得相关数据，因此对材料的实际检测变得十分必要。2国内外导热系数测定方法2.1静态方法最早的测量使用静态方法，分为防护热板法和热流计法，它的普遍特点是操作人员在已知样品的壁厚上建立温度梯度，并控制从一边传递到另一边的热量，最常用的热流是一维的。在测量中最常用的变量是GuardedHotPlate（GHP），即防护热板法。GHP是指防止热量通过边界从系统散发出去的一种设置。该方法基于单向稳定

3、导热原理，当试样上、下两面处于不同的稳定温度下，测量通过试样有效传热面积的热流（计量功率和面积）及试样两表面间温差和厚度，得出材料导热系数。GB/10294－1988《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》就是测试方法标准。该方法的测试的稳定期一般需要3-4小时，测试时间1-2小时，整个测试时间合计4-6小时（根据仪器性能而不同）。另一种静态方法就是热流计法，热流计法是参照国标GB10295－1988建立起来的，属于建立在傅立叶定律一维稳定热流基础上的比较方法，需要由防护热板法测定过的标定试样或标准板进行热流计系数的标定。但由于热流计易漂移所以要定期标定以保证仪器的准确性

4、。2.2瞬态法目前瞬态法分为激光发射法、热线法和热带法。激光发射法是测量热扩散系数最有名也是最常用的瞬态方法。它一般不能对聚合物等热扩散系数较小的材料进行测量，在此我们不做详细说明，只作简要的介绍。该方法适用于测量各向同性材料、固体材料，也可以对如金属这样的良导热体进行测量；测量可在高温下进行，而且测量迅速。由于该方法只能得出热扩散系数，因此要计算热导率，还必须从其它的测量中获得热容值。误差在两次测量中的传播会降低测量的精确度。热线法是参照GB11205-89《橡胶热导率的测定瞬态热丝法》建立起来的。热线法是应用比较多的方法，是在样品（通常为大的块状样品）中插入一根热线。测试时

5、，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。测量热线本身或平行于热线的一定距离上的温度随时间上升变化的关系。由于被测材料的导热性能决定这一关系，由此可得到材料的导热系数。热带法也是在瞬态法基础上开发出来，只是将金属线压成扁平的金属带，提高与样品表面的接触。由于带状物有一定的面积，因此可以用来同时测量热扩散系数和热导率。热带法与热线法的工作原理一样，都是将电流通过金属产生热量，样品的性质决定了热量传递到样品中的方式。金属带只能用于测量绝缘的样品。要得到较好的测量结果，样品表面的粗糙度应当非常小。许多商业测试方法都基于热带法和热带理论，也就是把金属带置于基体上，另一面与样品接触

6、。最终的响应只有一半来自样品，另一半来自已知热导率的基体，从而降低了测量的灵敏度。另外一种瞬态法是下面将要详细介绍的HotDisk瞬态平面热源法。3HotDisk瞬态平面热源法3.1简介最近在热带法基础上开发出瞬态平面热源法（TPS法），该方法也被称为“Gustafsson”探头法或HOTDISK法。与热带方法相比，TPS探头可以看成由金属带弯成的许多同心圆，在两面加抗腐蚀性和机械性能良好的聚合物保护层。实际应用时将这些同心圆制成双螺旋形，这样电流就可以从一端传到另一端。与热带法不同，HotDisk法测量时将探头置于两块样品之间，这样升温过程就会同时受到两边样品的影响。瞬态平面

7、热源技术（TransientPlaneSourceMethod,TPS）是由瑞典Chalmer理工大学的SilasGustafsson教授在热线法的基础上发展起来的一项专利技术，在过去20年中，瞬态平面热源技术被越来越多地被研究人员应用于各种不同类型材料的热物性的测试。3.2原理仪器使用了一个薄层圆盘形的温度依赖电阻作为样品探头（见图1），探头系由导电金属镍经刻蚀处理后形成的连续双螺旋结构的薄片，外层为双层Kapton保护层。外层的Kapton保护层的厚度只有0.025mm，它令探头具有一定