一种圆筒型高聚物热导率测量系统及其测量方法

本发明涉及高聚物导热系数测量，尤其涉及一种圆筒型高聚物热导率测量系统及其测量方法。

背景技术：

1、目前，导热系数的测试方法主要分为两类：稳态法和非稳态法。在稳态法中，保护热板法被广泛认可为导热系数测量的标准方法，主要用于测量导热系数在1w/(m·k)以下的保温材料，由于其测量精度高，被各国计量院采用，作为建立导热系数测量基准装置的标准方法。而保护热板法测量热导率时使用的试件必须是均质的，这是因为在测量非均质试件热阻或热导率时，试件内部和计量区域表面的热流密度可能既非单向又不均匀，试件中会存在热场变形，且若试件虽然是均匀的，但是各向异性(即试件内平行于试件表面方向测定的导热系数分量与垂直于表面的方向测定的导热系数分量不同)，导致严重误差(边缘热损失误差和不平衡误差等)。从而使试件中的热流等背离一维稳态传热模式，且这种变化是不可准确预测的，大部分的误差计算时均会限制简化的边界条件，假定试件为辐射的不透明体，故如果试件为半透明体，也会使误差计算不准确。以及由于受室内热环境的影响，如热可逆膨胀、收缩或热不可逆膨胀、收缩，试件的厚度会产生细微变化，从而引起热传导过程的变化。放置在设备中的试件厚度决定了材料的密度以及在测试热物性时的温度梯度。由于传递系数与试件厚度有关，所以不满足导热系数和热阻系数(两者都是材料的固有特性)定义的要求。

2、基于iso8302中规定试件的厚度应大于当厚度进一步增加时材料、产品或系统的传递系数变化不大于2％时的厚度。试件越薄、密度越小，热阻与传导以外的传热过程越有关系。试件的最小厚度受试件与热板、冷板之间接触热阻的限制，最大厚度受试件边缘的边界条件制约，进而传统保护热板法对于高聚物导热系数测量具有限制，以及现有专利公开号为cn203236686u的实用新型专利公开了一种模具热传递系数测量装置，其模具热传导系数测量装置能对超薄零件与注塑模具之间的热传递系数进行测量，但仍无法测量获取注塑模具自身的导热系数，进而高聚物材料需要一个有效的、误差小、成本低的的测量其导热系数的方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种圆筒型高聚物热导率测量系统及其测量方法，旨在解决现有高聚物导热系数测试受限的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种圆筒型高聚物热导率测量系统，所述系统包括高聚物成型组件、加热控制仪和数据处理组件；

3、所述高聚物成型组件包括包括顶盖、底座和设置在顶盖、底座之间的内筒、外筒，所述内筒、外筒直径不同且同心布设，以及内筒、外筒之间还布设有用于注入高聚物浆液的容置腔；

4、所述容置腔靠近外筒一侧的内壁布设有热板单元，热板单元用于对容置腔内高聚物浆液固化后的高聚物进行加热；

5、所述容置腔靠近内筒一侧的内壁布设有冷板单元，所述冷板单元用于对容置腔内高聚物浆液固化后的高聚物进行制冷；

6、所述热板单元、冷板单元内均嵌设有相应的温度探测器；

7、各温度探测器、热板单元、冷板单元均与加热控制仪电信号连接；

8、所述加热控制仪还与数据处理组件电信号连接。

9、可选地，所述外筒侧壁布设有注浆孔，所述注浆孔与容置腔连通。

10、可选地，所述内筒还布设有可拆解的内筒盖，所述内筒底部与内筒盖顶部分别卡接连接在底座、顶盖的第一卡槽中。

11、可选地，所述容置腔的底部与顶部还布设有相应的隔热垫片。

12、可选地，所述外筒的上、下端分别与对应的隔热垫片设置在顶盖、底座的第二卡槽中。

13、可选地，各第二卡槽中还布设有加固垫片，各加固垫片与外筒的外壁贴合。

14、可选地，各第二卡槽中还布设有限位器，各限位器设于加固垫片与外筒之间。

15、可选地，所述内筒采用多块内筒弧形片拼接而成，所述外筒采用多块外筒弧形片拼接而成。

16、可选地，所述热板单元包括热板块、保护加热器和绝热外壳，所述绝热外壳与外筒内壁紧密贴合。

17、此外，为了实现上述募得，本发明还提供圆筒型高聚物热导率测量系统的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

18、步骤1，组装高聚物成型组件，并在容置腔中注入高聚物浆液以待成型，其中内筒、外筒的半径为r1、r2；

19、步骤2，待高聚物成型冷却到室温后，启动热板单元与冷板单元，并获取热板单元输入的能量与热板单元面积；

20、步骤3，获取内筒、外筒与高聚物连接处的实时温度t1、t2；

21、步骤4，将内筒、外筒的半径r1与r2，内筒、外筒与高聚物连接处的实时温度t1、t2和热板单元输入的能量根据导热模型计算得出高聚物材料的导热系数λ；

22、其中导热模型满足q为热流密度，ф等于供给热板单元能量，l为高聚物成型组件高度。

23、有益效果：

24、本发明采用成型测量于一体的测量系统，有效规避了传统热板法高聚物试件切割带来的误差，进而可以直接测量得到高聚物多孔介质泡沫体结构的表观导热系数。以及用于测量的圆筒形高聚物的厚度可调，突破了传统防护热板法中材料厚度的限制，提升了高聚物材料测量的通用性；并且在室温条件下高聚物浆液直接在测量装置内成型，使得圆筒形高聚物的厚度不再受到测量环境温度的影响，进而有效降低了成本投入。

技术特征：

1.一种圆筒型高聚物热导率测量系统，其特征在于，所述系统包括高聚物成型组件、加热控制仪(20)和数据处理组件(30)；

2.根据权利要求1所述的圆筒型高聚物热导率测量系统，其特征在于，所述外筒(4)侧壁布设有注浆孔(41)，所述注浆孔(41)与容置腔连通。

3.根据权利要求1所述的圆筒型高聚物热导率测量系统，其特征在于，所述内筒(3)还布设有可拆解的内筒盖(31)，所述内筒(3)底部与内筒盖(31)顶部分别卡接连接在底座(2)、顶盖(1)的第一卡槽中。

4.根据权利要求1所述的圆筒型高聚物热导率测量系统，其特征在于，所述容置腔的底部与顶部还布设有相应的隔热垫片(7)。

5.根据权利要求4所述的圆筒型高聚物热导率测量系统，其特征在于，所述外筒(4)的上、下端分别与对应的隔热垫片(7)设置在顶盖(1)、底座(2)的第二卡槽中。

6.根据权利要求5所述的圆筒型高聚物热导率测量系统，其特征在于，各第二卡槽中还布设有加固垫片(8)，各加固垫片(8)与外筒(4)的外壁贴合。

7.根据权利要求6所述的圆筒型高聚物热导率测量系统，其特征在于，各第二卡槽中还布设有限位器(9)，各限位器(9)设于加固垫片(8)与外筒(4)之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的圆筒型高聚物热导率测量系统，其特征在于，所述内筒(3)采用多块内筒弧形片拼接而成，所述外筒(4)采用多块外筒弧形片拼接而成。

9.根据权利要求8所述的圆筒型高聚物热导率测量系统，其特征在于，所述热板单元(5)包括热板块(51)、保护加热器(52)和绝热外壳(53)，所述绝热外壳(53)与外筒(4)内壁紧密贴合。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的圆筒型高聚物热导率测量系统的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种圆筒型高聚物热导率测量系统及其测量方法，其中，所述系统包括高聚物成型组件、加热控制仪和数据处理组件；所述高聚物成型组件包括包括顶盖、底座和设置在顶盖、底座之间的内筒、外筒，所述内筒、外筒直径不同且同心布设，以及内筒、外筒之间还布设有用于注入高聚物浆液的容置腔；所述容置腔靠近外筒一侧的内壁布设有热板单元；所述容置腔靠近内筒一侧的内壁布设有冷板单元；所述热板单元、冷板单元内均嵌设有相应的温度探测器；各温度探测器、热板单元、冷板单元均与加热控制仪电信号连接；所述加热控制仪还与数据处理组件电信号连接。本发明旨在提升圆筒型高聚物热导率测量通用性。

技术研发人员：臧全胜,洪浩,钟燕辉,张蓓,李晓龙,潘艳辉,李斌,蔡鸿健,郝梅美
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/23