一种相变储热材料抗热冲击能力的测试方法及其测试装置

1.本发明属于材料性能测试技术领域，涉及一种相变储热材料抗热冲击能力的测试方法及其测试装置。


背景技术：

2.热冲击是指由于急剧加热，物体在较短时间内产生大量的热交换，温度的剧烈变化对物体产生冲击热作用。对储热材料进行抗热冲击测试可以研究材料在短时间内由于热冲击引起的化学变化或物理伤害，分析材料的热性能变化以及对环境温度急剧变化的适应性及安全性。
3.在对储热材料的热稳定性能的一般测试中，大多数采用差式扫描量热分析法(dsc)，但差式扫描量热分析法所用的测试样品量极小，难以评判材料的整体热性能。
4.cn114113195a公开了一种冷热循环相变储热板耐久性能测定装置，该装置是将相变材料置于载样箱中，通过设定好的程序在保温箱中进行测试，控制箱体温度的变化曲线和相变材料的温度状态，模拟工程实际中的相变材料应用。该方法是在程序升温和特定升温速率下测试，没有实现瞬间热流对材料热性能影响的测试。
5.刘亮等人设计并搭建了一套同流扩散火焰和旋流滞止火焰冲击系统(应用化工,2021,50(4):5)，通过热场间接测试相变材料的热稳定性能，但是对于建筑低温材料，评估其安全性能需要直接接触，该装置不符合实际的工况。
6.针对现有技术的不足，需要提供一种相变储热材料抗热冲击能力的测试方法及其测试装置。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种相变储热材料抗热冲击能力的测试方法及其测试装置，该方法可以实现对材料测试抗热冲击能力的实时监测，操作简单、测试成本低。
8.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
9.第一方面，本发明提供了一种相变储热材料抗热冲击能力的测试方法，所述测试方法包括如下步骤：
10.(1)制备定型待测相变储热材料；
11.(2)对步骤(1)所得定型待测相变储热材料下表面进行加热；
12.(3)分别测定定型待测相变储热材料的热流值和上表面中心点的温度，得到待测相变储热材料的抗热冲击数据。
13.采用本发明提供的测试方法可以对相变储热材料的温度及热流进行实时监测，获得其损坏温度及临界损坏条件，评估材料的抗热冲击能力，操作简单，测试成本低。
14.优选地，步骤(1)所述制备通过压片机进行。
15.优选地，所述压片机的压力为2-10mpa，例如可以是2mpa、4mpa、6mpa、8mpa或10mpa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
16.优选地，所述压片机的保压时间为2-5min，例如可以是2min、3min、4min或5min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
17.优选地，所述定型待测相变储热材料的直径为10-20mm，例如可以是10mm、12mm、15mm、18mm或20mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
18.本发明中，待测相变储热材料采用压片机压制成厚度5mm的圆形样品，可测直径为10-20mm，样品的尺寸较大，克服了一般抗热冲击测试可测样品尺寸较小的问题。
19.优选地，步骤(2)所述加热采用接触式加热。
20.定型待测相变储热材料与接触式加热装置直接贴合，使材料整个接触面均匀地处于加热温度下，提高所得抗热冲击数据的可靠性。
21.优选地，步骤(2)所述加热的温度为定型待测相变储热材料相变温度以上的30-60℃。
22.将材料加热至相变温度以上30-60℃，为一般相变储热材料应用环境的极限温度，在此温度下可以实现对材料抗热冲击性能和安全性的测试。
23.优选地，步骤(3)测定所述热流值的方法包括使用热电偶热流计测量。
24.优选地，所述热电偶热流计放置在定型待测相变储热材料与加热装置之间。
25.将热流计放置在定型待测相变储热材料与加热装置之间，实现对测试过程中待测相变储热材料热流值的实时监测与记录。
26.优选地，步骤(3)测定所述温度的方法包括使用红外测温仪测量。
27.优选地，所述红外测温仪与定型待测相变储热材料的距离不超过10cm，例如可以是5cm、6cm、7cm、8cm、9cm或10cm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
28.红外测温仪与待测材料之间距离不宜过大，否则红外测温仪对材料上表面温度的测定可能产生较大误差而影响对材料抗热冲击的判断。
29.第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述测试方法的测试装置，所述测试装置包括：
30.打光装置，用于提供待测材料的观察视野和拍摄待测材料；
31.加热装置，用于对待测材料进行加热；
32.热红外检测装置，用于实时记录待测材料上表面温度；
33.实时热流监测装置，用于实时记录待测材料的热流值；
34.待测材料固定在加热装置上；所述实时热流监测装置置于加热装置与待测材料之间；所述热红外检测装置放置在待测材料中心点的正上方；所述打光装置放置在待测材料任一侧面。
35.优选地，所述热红外检测装置与待测材料的距离不超过10cm，例如可以是5cm、6cm、7cm、8cm、9cm或10cm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
36.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
37.采用本发明提供测试方法及其测试装置可以对较大尺寸相变储热材料抗热冲击能力进行测试，可实时记录温度与热流信息，监测材料损坏温度及临界损坏条件，实现温度、热流和图像采集一体，装置结构简单，测试成本低。
附图说明
38.图1为本发明实施例采用的测试装置的结构示意图；
39.其中：1，打光装置；2，加热装置；3，热红外检测装置；4，实时热流监测装置。
40.图2为本发明实施例1拍摄的待测相变储热材料照片。
41.图3为本发明实施例1待测相变储热材料的上表面温度与时间的连续曲线。
42.图4为本发明实施例1待测相变储热材料的热流值与时间的连续曲线。
43.图5为本发明实施例2拍摄的待测相变储热材料照片。
44.图6为本发明实施例2待测相变储热材料的上表面温度与时间的连续曲线。
45.图7为本发明实施例2待测相变储热材料的热流值与时间的连续曲线。
具体实施方式
46.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
47.本发明具体实施方式中，测试方法在如图1所示的测试装置中进行，所述测试装置包括打光装置1，用于提供待测材料的观察视野和拍摄待测材料；
48.加热装置2，用于对待测材料进行加热；
49.热红外检测装置3，用于实时记录待测材料上表面温度；
50.实时热流监测装置4，用于实时记录待测材料的热流值；
51.待测材料固定在加热装置2上；所述实时热流监测装置4设置于加热装置2与待测材料之间；所述热红外检测装置3放置在待测材料中心点的正上方；所述打光装置1放置在待测材料的与测试人员相对的另一侧面。
52.实施例1
53.本实施例提供了一种相变储热材料抗热冲击能力的测试方法，所述测试方法包括如下步骤：
54.(1)使用压片机制备得到直径10mm、高度5mm的定型二十烷/粉煤灰(5:5)复合相变储热材料，压片机压力为10mpa，保压时间为2min；
55.(2)对加热装置进行加热至65℃，待温度稳定后，将步骤(1)所得定型复合相变储热材料固定在加热装置上，使材料下表面与加热装置加热面贴合，保持5min；
56.(3)使用热红外测温仪采集得到定型复合相变储热材料上表面温度与时间的连续曲线，使用热电偶电流计采集得到定型复合相变储热材料热流值与时间的连续曲线。
57.本实施例中，打光装置拍摄所述定型二十烷/粉煤灰(5:5)复合相变储热材料加热过程中的状态，如图2所示，p1为材料中心点。图2显示了材料在开始加热第0s、60s、120s、180s、240s和300s时的情况。
58.本实施例所得材料上表面温度与时间的连续曲线如图3，本实施例所得材料热流值与时间的连续曲线如图4。
59.对定型二十烷/粉煤灰(5:5)复合相变储热材料加热至65℃时，可以看出材料表面颜色无显著变化，材料上表面温度稳步上升，热流值也较低，表明材料状态良好，无损坏，该材料可以耐受在其相变温度以上30℃的热冲击。
60.实施例2
61.本实施例提供了一种相变储热材料抗热冲击能力的测试方法，所述测试方法包括如下步骤：
62.(1)使用压片机制备得到直径10mm、高度5mm的的定型二十烷/粉煤灰(5:5)复合相变储热材料，压片机压力为2mpa，保压时间为5min；
63.(2)对加热装置进行加热至95℃，待温度稳定后，将步骤(1)所得定型复合相变储热材料固定在加热装置上，使材料下表面与加热装置加热面贴合，保持5min；
64.(3)使用热红外测温仪采集得到定型复合相变储热材料上表面温度与时间的连续曲线，使用热电偶电流计采集得到定型复合相变储热材料热流值与时间的连续曲线。
65.本实施例中，打光装置拍摄所述定型二十烷/粉煤灰(5:5)复合相变储热材料加热过程中的状态，如图5所示，p1为材料中心点。图5显示了材料在开始加热第0s、60s、120s、180s、240s和300s时的情况。
66.本实施例所得材料上表面温度与时间的连续曲线如图6，本实施例所得材料热流值与时间的连续曲线如图7。
67.对定型二十烷/粉煤灰(5:5)复合相变储热材料加热至95℃时，可以看出在170s时，材料上表面温度出现跃升，材料表面颜色在180s时出现显著变化，热流值较高，表明材料在相变温度以上60℃时出现热损坏。
68.综上所述，采用本发明提供测试方法及其测试装置可以对较大尺寸相变储热材料抗热冲击能力进行测试，可实时记录温度与热流信息，监测材料损坏温度及临界损坏条件，实现温度、热流和图像采集一体，装置结构简单，测试成本低。
69.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种相变储热材料抗热冲击能力的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括如下步骤：(1)制备定型待测相变储热材料；(2)对步骤(1)所得定型待测相变储热材料下表面进行加热；(3)分别测定定型待测相变储热材料的热流值和上表面中心点的温度，得到待测相变储热材料的抗热冲击数据。2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(1)所述制备通过压片机进行；优选地，所述压片机的压力为2-10mpa；优选地，所述压片机的保压时间为2-5min。3.根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，所述定型待测相变储热材料的直径为10-20mm。4.根据权利要求1-3任一项所述的测试方法，其特征在于，步骤(2)所述加热采用接触式加热。5.根据权利要求1-4任一项所述的测试方法，其特征在于，步骤(2)所述加热的温度为定型待测相变储热材料相变温度以上的30-60℃。6.根据权利要求1-5任一项所述的测试方法，其特征在于，步骤(3)测定所述热流值的方法包括使用热电偶热流计测量；优选地，所述热电偶热流计放置在定型待测相变储热材料与加热装置之间。7.根据权利要求1-6任一项所述的测试方法，其特征在于，步骤(3)测定所述温度的方法包括使用红外测温仪测量。8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述红外测温仪与定型待测相变储热材料的距离不超过10cm。9.一种如权利要求1-8任一项所述测试方法的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：打光装置，用于提供待测材料的观察视野和拍摄待测材料；加热装置，用于对待测材料进行加热；热红外检测装置，用于实时记录待测材料上表面温度；实时热流监测装置，用于实时记录待测材料的热流值；待测材料固定在加热装置上；所述实时热流监测装置设置于加热装置与待测材料之间；所述热红外检测装置放置在待测材料中心点的正上方；所述打光装置放置在待测材料任一侧面。10.根据权利要求9所述的测试装置，其特征在于，所述热红外检测装置3与待测材料的距离不超过10cm。

技术总结
本发明提供一种相变储热材料抗热冲击能力的测试方法及其测试装置，所述测试方法包括如下步骤：制备定型待测相变储热材料；对所得定型待测相变储热材料下表面进行加热；分别测定定型待测相变储热材料的热流值和上表面中心点的温度，得到待测相变储热材料的抗热冲击数据，所述测试装置包括打光装置、加热装置、热红外检测装置和实时热流监测装置。采用本发明提供测试方法及其测试装置可以对较大尺寸相变储热材料抗热冲击能力进行测试，可实时记录温度与热流信息，监测材料损坏温度及临界损坏条件，实现温度、热流和图像采集一体，装置结构简单，测试成本低。测试成本低。测试成本低。


技术研发人员：黄云 张第玲 李豪杰 姚华 孙亮杰 刘玉乾
受保护的技术使用者：中国科学院过程工程研究所
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/25