CN103076281B - 一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泡沫塑料粘滞性能的测试装置，属于航空航天与制冷低温工程技术领域。该装置包括液氮室、室温室和弧形铝板；液氮室包括液氮室内室和液氮室外室；液氮室内室和液氮室外室之间为夹层；室温室内有PTC加热器；液氮室的夹层中有观察窗和传感器。本发明的装置结构紧凑可靠，操作简单，采取液氮冷却的方法能迅速将待测试泡沫塑料样本均匀的冷却到液氮温度，并通过观察窗保证液位，并保持良好绝热以保证低温下漏热最小，能方便置换测试样本，通过观察玻璃可观察实验过程泡沫塑料粘结在弧形铝板表面的情况；其中液氮室和室温室温度布置多个传感器，数据由计算机显示和处理；室温室高温通过PTR加热片达到，并严格控制温度稳定。

Description

一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置
技术领域
本发明涉及一种泡沫塑料粘滞性能的测试装置，尤其涉及一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置，属于航空航天与制冷低温工程技术领域。
背景技术
固体聚氨酯泡沫具有质量轻，机械强度及绝热性能好等特点，已成为空间航天器内低温燃料储罐的标准绝热材料，一般通过现场喷涂在液氢（-253℃）储罐和液氧（-183℃）储罐的外部。在液氢液氧加注和排空过程，由于低温储罐材料热胀冷缩，泡沫塑料经历多次热循环和应力循环。在此苛刻条件下，要求泡沫材料依然能和低温储罐外表面紧密粘合，以保持良好的绝热性能。因此，有必要设计一种实验装置模拟此条件，以测试泡沫塑料和低温储罐外表面的粘合特性。此装置同时为低温、应力循环条件下的其他材料和金属表面的粘合特性提供实验测试平台。
中国专利申请书200910248607.0公开了一种在加压状态下泡沫类绝热材料低温热导率的测试装置，该装置重点在于测量泡沫材料的热导率。
发明内容
本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置，该装置包括液氮室、室温室和弧形铝板；液氮室包括液氮室内室和液氮室外室；液氮室内室和液氮室外室之间为夹层；室温室内有PTC加热器；液氮室的夹层中有观察窗和传感器，观察窗用于从液氮室外观察液氮内室内液氮的液面情况，传感器对液氮室内的温度进行测量，并由计算机显示和处理；室温室有两个敞开面，液氮室内室有一个敞开面，室温室的其中一个敞开面和液氮室内室的敞开面用弧形铝板进行密封，室温室的侧面有凸台，液氮室内室的侧面有凸台，室温室的凸台和液氮室内室的凸台上有力学试验机连接孔，室温室和液氮室内室通过各自的凸台进行机械固定连接；室温室的另一个敞开面用观察玻璃进行密封，通过观察玻璃可以观察室温室内的情况；
所述的观察玻璃采用耐高温玻璃；
待测试的泡沫塑料粘结在弧形铝板位于室温室内的侧面上。
弧形铝板与环境箱连接后，通过弧形铝板上下两端的试验机连接孔将装置固定在力学试验机上。
有益效果
本发明的装置结构紧凑可靠，操作简单，采取液氮冷却的方法能迅速将待测试泡沫塑料样本均匀的冷却到液氮温度，并通过观察窗保证液位，并保持良好绝热以保证低温下漏热最小，能方便置换测试样本，通过观察玻璃可观察实验过程泡沫塑料粘结在铝板表面的情况；其中液氮室和室温室温度布置多个传感器，数据由计算机显示和处理；室温室高温通过PTR加热片达到，并严格控制温度稳定。
附图说明
图1为本发明的装置的仰视图；
图2为本发明的装置的正视图；
图3为时间温度曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
本发明的一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置，如图1所示，该装置包括液氮室、室温室1和弧形铝板2；液氮室包括液氮室内室3和液氮室外室4；液氮室内室3和液氮室外室4之间为夹层5；室温室1内有PTC加热器6；液氮室的夹层5中有观察窗7和传感器8，观察窗7用于从液氮室外观察液氮内室3内液氮的液面情况，传感器8对液氮室内的温度进行测量，并由计算机显示和处理；室温室1有两个敞开面，液氮室内室3有一个敞开面，室温室1的其中一个敞开面和液氮室内室3的敞开面用弧形铝板2进行密封，室温室1的侧面有凸台，液氮室内室3的侧面有凸台，室温室1的凸台和液氮室内室3的凸台上有力学试验机连接孔10，室温室1和液氮室内室3通过各自的凸台进行机械固定连接；室温室1的另一个敞开面用观察玻璃9进行密封，通过观察玻璃9可以观察室温室1内的情况；泡沫塑料11为待测样品。
所述的室温室1侧面焊有法兰。法兰一面为平面，另一面为曲面，曲面弧度与所述的弧形铝板2相同，并与弧形铝板2凸面配合。室温室1敞口尺寸为380mm×380mm，外部尺寸同液氮室外室4，深为130mm，布置在弧形铝板2凸面。室温室1内的弧形铝板2表面粘贴泡沫塑料样本，该大小、位置和弧形铝板2另一面的液氮室相同，以减小液氮漏热损失。室温室1顶面为耐高温的观察玻璃9，用以观察泡沫塑料粘贴在弧形铝板2表面的情况。
所述的弧形铝板2与环境箱12连接后，通过弧形铝板2上下两端的试验机连接孔10将装置固定在力学试验机上。弧形铝板2宽度为500mm，横向曲率半径为3米，长度为800mm。两端两排交错的小孔孔径为12mm。弧形铝板2被两端法兰夹紧，法兰宽度为550mm，高度为480mm。法兰横向每侧由5个M10螺栓紧固，用于连接室温室1与液氮室。
所述的液氮室内室3敞口尺寸为300×300mm，深度为50mm。液氮室内室3下面有液氮进管，液氮进管深入液氮室内室350mm，目的是使进入内室的液氮侧向发散，不引起大的冲进力和噪音。液氮由外部液氮储罐提供。液氮室内室3上面有排气导管，保持室内压力平衡。
所述液氮室外室4尺寸为480×550mm，深为100mm。周向总共开小孔8个，每个孔径为4mm。
所述夹层5是对内室液氮进行绝热，减少液氮漏热损失。
所述的PTC加热器6布置在高温室上下两侧，最大功率为1000W，由计算机控制PTR加热功率使室温室1内温度控制在30±1℃。另外，侧面还安装有风扇，使室温室内温度均匀。
所述的观察窗7用于观察试验过程中测试的泡沫塑料的状态变化。
所述的传感器8对液氮室内室3的温度进行测量，测量点有两个，在液氮室内室3中线上，高度分别位于液氮室内室3的1/3和2/3处，测量数据由计算机按时间顺序显示和处理。
所述的观察玻璃9采用耐高温玻璃，用于观察试验现象。
所述的力学试验机连接孔10用于连接装置与力学试验机，实现弧形铝板2的轴向载荷加载。
所述的泡沫塑料11尺寸为300×300mm，粘结在弧形铝板2位于室温室1内的侧面上。
图3为3个温度测点的时间温度曲线，其中温度测点1和温度测点2位于液氮室内室3中，在液氮室内室3中线上，高度分别位于液氮内室的1/3和2/3处；温度测点3位于待测试泡沫塑料11表面的中心位置；由图3可知，试验开始，首先对液氮室加注液氮，温度测点1和温度测点2的温度下降到77K附近；40min后开启PTC加热器，温度测点3的温度在20min内升到150℃，随后在±5℃内波动。175min后试验结束，测点缓慢回温。

Claims (7)

1.一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置，其特征在于：该装置包括液氮室、室温室(1)和弧形铝板(2)；
液氮室包括液氮室内室(3)和液氮室外室(4)；
液氮室内室(3)和液氮室外室(4)之间为夹层(5)；
室温室(1)内有PTC加热器(6)；液氮室的夹层(5)中有观察窗(7)和传感器(8)；
室温室(1)有两个敞开面，液氮室内室(3)有一个敞开面，室温室(1)的其中一个敞开面和液氮室内室(3)的敞开面用弧形铝板(2)进行密封，室温室(1)的侧面有凸台，液氮室内室(3)的侧面有凸台，室温室(1)的凸台和液氮室内室(3)的凸台上有力学试验机连接孔（10），室温室(1)和液氮室内室(3)通过各自的凸台进行机械固定连接；室温室(1)的另一个敞开面用观察玻璃(9)进行密封，待测试的泡沫塑料(11)粘结在弧形铝板(2)位于室温室(1)内的侧面上；
所述的观察玻璃(9)采用耐高温玻璃；
所述的室温室(1)侧面焊有法兰；法兰一面为平面，另一面为曲面，曲面弧度与所述的弧形铝板(2)相同，并与弧形铝板(2)凸面配合。
2.根据权利要求1所述的一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置，其特征在于：室温室(1)敞口尺寸为380mm×380mm，外部尺寸同液氮室外室(4)，深为130mm，布置在弧形铝板(2)凸面。
3.根据权利要求1所述的一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置，其特征在于：弧形铝板(2)宽度为500mm，横向曲率半径为3米，长度为800mm；弧形铝板(2)的两端有两排交错的小孔，其孔径为12mm；弧形铝板(2)被两端法兰夹紧，法兰宽度为550mm，高度为480mm；法兰横向每侧由5个M10螺栓紧固，用于连接室温室(1)与液氮室。
4.根据权利要求1所述的一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置，其特征在于：所述的液氮室内室(3)敞口尺寸为300×300mm，深度为50mm；液氮室内室(3)下面有液氮进管，液氮进管深入液氮室内室(3)50mm，液氮室内室(3)上面有排气导管。
5.根据权利要求1所述的一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能 测试装置，其特征在于：所述液氮室外室(4)尺寸为480×550mm，深为100mm；周向总共开小孔8个，每个孔径为4mm。
6.根据权利要求1所述的一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置，其特征在于：所述的PTC加热器(6)布置在室温室(1)上下两侧，最大功率为1000W，由计算机控制PTC加热器(6)加热功率使室温室(1)内温度控制在30±1℃；室温室(1)侧面还安装有风扇。
7.根据权利要求1所述的一种低温和应力作用下绝热用泡沫塑料粘滞性能测试装置，其特征在于：所述的泡沫塑料(11)尺寸为300×300mm，粘结在弧形铝板(2)位于室温室(1)内的侧面上。
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