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一、非金屬材料的熱學(xué)性能

 

1.熱性能定義

 

高分子材料的熱性能是指高分子材料與熱或溫度相關(guān)的性能總合。它包括諸多方面，例如各種力學(xué)性能的溫度效應(yīng)、玻璃化轉(zhuǎn)變、黏流轉(zhuǎn)變、熔融轉(zhuǎn)變以及熱穩(wěn)定性、熱膨脹和熱傳導(dǎo)等。是高分子材料的重要性質(zhì)之一。

 

2. 測試目的及意義

 

通過測定物質(zhì)加熱或者冷卻過程中物理性質(zhì)的變化來研究物質(zhì)性質(zhì)及變化，或者對物質(zhì)進行鑒別分形。在表征材料的熱性能、物理性能、機械性能以及穩(wěn)定性等方面有著廣泛的應(yīng)用，對于材料的研究開發(fā)和生產(chǎn)中的質(zhì)量控制都具有很重要的實際意義。

 

3. 常用熱分析技術(shù)

 

熱分析方法的種類是多種多樣的，根據(jù)國際熱分析協(xié)會(ICTA)的歸納和分類，目前的熱分析方法共分為九類十七種，在這些熱分析技術(shù)中，熱重法（TGA）、差示掃描量熱法（DSC）、熱機械分析（TMA）、穩(wěn)態(tài)熱流法和激光閃射法應(yīng)用得最為廣泛。

 

 

3.1 熱重法（TGA）

 

測試目的：利用熱重法檢測物質(zhì)溫度-質(zhì)量變化關(guān)系的儀器，可以計算失去了多少物質(zhì)。

 

適用范圍：塑料、橡膠、涂料、藥品、催化劑、無機材料、金屬材料與復(fù)合材料等各領(lǐng)域的研究開發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控。

 

測試溫度范圍：室溫~1000℃

 

儀器型號：德國耐馳NETZSCH TG 209

 

3.2 差式掃描量熱法（DSC）

 

測試參數(shù)：材料的比熱容、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg、熔點、熔融熱焓、結(jié)晶溫度以及結(jié)晶熱焓等。

 

溫度范圍：-150~600℃

 

適用范圍：測試溫度范圍內(nèi)不會發(fā)生分解反應(yīng)的大部分液體與固體材料。

 

儀器型號：德國耐馳NETZSCH DSC 214 polyma

 

 

典型DSC測試曲線

 

3.3 熱機械分析法（TMA）

 

測試參數(shù)：材料的熱膨脹與收縮與玻璃化溫度等

 

溫度范圍：-150~1000℃

 

測試對象：廣泛應(yīng)用于塑膠聚合物、陶瓷、金屬、建筑材料、耐火材料以及復(fù)合材料等領(lǐng)域的測試。

 

儀器型號：德國NETZSCH TMA402

 

3.4 穩(wěn)態(tài)熱流法

 

測試參數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)與熱阻抗。

 

測試范圍：導(dǎo)熱系數(shù)測量范圍從0.1~20W/（m*K）。

 

測試對象：導(dǎo)熱系數(shù)偏低的測試膏狀、膠裝以及固體材料等材料。

 

3.5 激光閃射法

 

測試參數(shù)：材料熱擴散系數(shù)與導(dǎo)熱系數(shù)。

 

測試范圍：室溫~500℃，可測熱擴散系數(shù)范圍為0.01~1000mm2/s，導(dǎo)熱系數(shù)范圍為0.1~2000W/（m*K）。

 

測試對象：表面均勻平整的導(dǎo)熱系數(shù)較高的固體材料。

 

儀器型號：德國耐馳NETZSCH LFA467。

 

 

 測試曲線擬合

 

二、非金屬材料的燃燒性能

 

（一）阻燃性測試

 

材料的阻燃性是指在規(guī)定的試驗條件下，材料或制品進行有焰燃燒的能力。它包括了是否容易點燃，以及能否維持燃燒的能力等有關(guān)的一些特性。經(jīng)過多年的發(fā)展，阻燃性測試已經(jīng)形成多種標(biāo)準(zhǔn)，成為相關(guān)業(yè)界非常重點的檢測項目。

 

（二）測試目的

 

通過對客戶提供的樣品進行燃燒測試，根據(jù)燃燒的結(jié)果進行相應(yīng)的等級評級，協(xié)助客戶對產(chǎn)品進行品質(zhì)管控。阻燃等級是非常重要的安全性能之一，是許多認證必不可少的，也是很多國家強制要求的必檢項目。

 

（三）測試應(yīng)用范圍

 

塑料、泡沫塑料、薄膜、紡織物、涂料、橡膠、汽車內(nèi)飾件、電工電子等產(chǎn)品。

 

（四）測試方法

 

非金屬材料的燃燒性能測試方法主要有燃燒實驗（水平燃燒和垂直燃燒）、極限氧指數(shù)法、煙密度法、熾熱棒法等，其中以水平燃燒和垂直燃燒應(yīng)用較多。

 

水平燃燒

 

在規(guī)定的試驗條件下，測試材料進行有焰燃燒的能力，包括是否容易點燃，以及能否維持燃燒的能力。式樣水平夾持，對自由端施加規(guī)定的氣體火焰，通過測量線性燃燒速度評價式樣的燃燒性能。

 

 

表1  水平燃燒評價標(biāo)準(zhǔn)

 

垂直燃燒

 

式樣垂直夾持，用規(guī)定點火器產(chǎn)生的火焰，對垂直方向的試樣底邊中心點火，在規(guī)定時間后測量試樣的續(xù)燃時間、陰燃時間、損毀長度。

 

 

表2  垂直燃燒評價標(biāo)準(zhǔn)

 

相關(guān)名詞：

 

余焰：引燃源移去后，在規(guī)定條件下材料的持續(xù)火焰。

 

余焰時間（t1和t2）：余焰持續(xù)的時間。

 

余輝：在火焰終止后，或者沒有產(chǎn)生火焰時，移去引燃源后，在規(guī)定的試驗條件下，材料的持續(xù)輝光。

 

余輝時間（t3）：余輝持續(xù)的時間