CN117929076A - 一种陶瓷纤维模块导热系数的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种陶瓷纤维模块导热系数的测试方法。本发明特别利用陶瓷纤维模块在高温热处理的过程中，陶瓷纤维毯会产生一定的体积收缩，纤维毯模块的回弹性能也会相应的降低。本发明进一步采用特定的热处理温度以及热处理时间，使得以纤维毯为原料制作而成的纤维模块基本可以维持其在热处理过程中的固定形状；然后通过设计陶瓷纤维模块的热处理模具，用于纤维模块的预处理热定型，又采用了相应的转运模具，保证陶瓷纤维模块在从热处理模具向导热系数仪器模具转移的过程中，模块尺寸的规整性，同时在进行导热系数测量前的必要尺寸测量、打孔过程中，保证模块规整性，最终使得模块平稳的转至导热系数测试设备中。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷纤维模块导热系数测定技术领域，涉及一种陶瓷纤维模块导热系数的测试方法。
背景技术
陶瓷纤维模块类产品是陶瓷纤维制品在工业窑炉中应用的一种主要形式。陶瓷纤维模块在工业窑炉中应用具有安装快速方便、隔热性能及耐高温性能优良等特点，现在石化、冶金、陶瓷、碳素等多个行业的工业窑炉中都有广泛的应用。
陶瓷纤维模块类产品是一类将纤维毯通过折叠工艺或层叠工艺累加到一定厚度，再经过挤压工艺挤压到一定尺寸的模块预制件产品。因模块中纤维毯一直处于挤压状态，打包带松开后模块中纤维毯挤压方向会出现回弹，导致模块挤压方向尺寸增大，所以模块产品的尺寸需要通过保护片和打包带来维持。
衡量模块类产品隔热性能的一个重要指标是导热系数，但现今一直没有陶瓷纤维模块类产品的导热系数数据。而按照现有的导热系数测试仪器和方法，在导热系数的实际测量中，需要将陶瓷纤维模块类产品直接放入导热系数仪器中测试，正式测试之前，还需要抽除保护片和打包带。因纤维毯的回弹性会导致打包带剪开后模块挤压宽方向对导热系数仪器中的炉衬耐火材料产生挤压，挤压力可能会导致炉衬结构的损坏。同时，在挤压力存在的状态下抽除保护片，会进一步增加炉衬结构的损坏的机率。
因此，如何找到一种更为适宜的测试方法，检测陶瓷纤维模块类产品的导热系数，同时解决实际测量上存在的上述问题，已成为业内诸多一线研究人员亟待解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种陶瓷纤维模块导热系数的测试方法。本发明提供的方法能够解决纤维模块挤压宽方向的回弹性，从而避免对导热系数仪器中炉衬结构产生的破坏问题，实现了针对陶瓷纤维模块导热系数的测试。
本发明提供了一种陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，包括以下步骤：
1）将陶瓷纤维模块置于热处理模具中，经过高温处理后，得到热定型后陶瓷纤维模块；
2）将上述步骤得到的热定型后陶瓷纤维模块置于导热系数测试仪器的炉膛中，进行导热系数测试。
优选的，所述陶瓷纤维模块为抽掉打包带和/或保护片的陶瓷纤维模块；
所述陶瓷纤维模块在置于热处理模具之前，还包括基于导热系数测试仪器的炉膛内尺寸，进行切割的步骤。
优选的，所述热处理模具为矩形或方形热处理模具；
所述热处理模具的长度等于炉膛内的长度；
所述热处理模具的宽度等于炉膛内的宽度；
所述热处理模具为在高度上开放的热处理模具。
优选的，所述热处理模具的耐用温度为1000~1400℃；
所述陶瓷纤维模块的种类包括含锆型硅酸铝纤维模块、高铝型硅酸纤维模块、高纯型硅酸纤维模块、标准型陶瓷纤维模块、普通型陶瓷纤维模块、锆铝型硅酸铝纤维模块、氧化锆纤维模块和氧化铝纤维模块中的一种或多种。
优选的，所述热处理模具的材质为耐火材料制品；
所述耐火材料制品包括耐火砖、浇注料、陶瓷纤维毯与高温涂料的复合制品中的一种或多种。
优选的，所述高温处理的温度为陶瓷纤维模块使用温度±200℃；
所述高温处理的时间为0.5~5h。
优选的，所述步骤2）具体为：将得到的热处理模具中的热定型后陶瓷纤维模块移至转运模具中，再将转运模具置于导热系数测试仪器的炉膛中，取出转运模具，再进行导热系数测试。
优选的，所述转运模具为矩形或方形转运模具；
所述转运模具的长度小于炉膛内的长度0.5~3.0mm；
所述转运模具的宽度小于炉膛内的宽度0.5~3.0mm；
所述转运模具为开放式转运模具。
优选的，所述进行导热系数测试具体为按照标准进行导热系数测试；
所述标准包括ASTM C201耐火材料导热性试验方法和/或YB/T 4130-2005 耐火材料导热系数试验方法；
所述进行导热系数测试前还包括对转运模具中的热定型后陶瓷纤维模块进行尺寸和/或体积密度的测量步骤。
优选的，所述进行导热系数测试前还包括对转运模具中的热定型后陶瓷纤维模块在厚度方向上打孔的步骤；
所述尺寸和/或体积密度的测量步骤依据ASTM C201和/或YB/T 4130中的测量方法。
本发明提供了一种陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，包括以下步骤，首先将陶瓷纤维模块置于热处理模具中，经过高温处理后，得到热定型后陶瓷纤维模块；然后将上述步骤得到的热定型后陶瓷纤维模块置于导热系数测试仪器的炉膛中，进行导热系数测试。与现有技术相比，本发明创造性的设计了一种具有特定步骤以及采用特定装置实现的陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，本发明特别利用陶瓷纤维模块在高温热处理的过程中，陶瓷纤维毯会产生一定的体积收缩，纤维毯模块的回弹性能也会相应的降低。本发明进一步采用特定的热处理温度以及热处理时间，使得以纤维毯为原料制作而成的纤维模块基本可以维持其在热处理过程中的固定形状；然后通过设计陶瓷纤维模块的热处理模具，用于纤维模块的预处理热定型，又采用了相应的转运模具，保证陶瓷纤维模块在从热处理模具向导热系数仪器模具转移的过程中，模块尺寸的规整性，同时在进行导热系数测量前的必要尺寸测量、打孔过程中，保证模块规整性，最终使得模块平稳的转至导热系数测试设备中。
本发明提供的测试方法，解决了未经处理的纤维模块在挤压宽方向上回弹性大，会造成导热系数仪器中炉衬结构的破坏问题，打通了陶瓷纤维模块导热系数的测试方法。
实验结果表明，采用本方法提供的测试方法，可以测试陶瓷纤维模块的导热系数，多次测试后，测试导热系数的炉膛内衬没有损坏的迹象，有利于顺利开展模块导热系数的测量。
附图说明
图1为本发明提供的热处理模具的结构示意简图；其中，L为长度，W为宽度；
图2为本发明提供的转运模具的结构示意简图。其中，L为长度，W为宽度。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明保护范围的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或石墨烯制备领域常规的纯度要求。
本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。
本发明提供了一种陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，包括以下步骤：
1）将陶瓷纤维模块置于热处理模具中，经过高温处理后，得到热定型后陶瓷纤维模块；
2）将上述步骤得到的热定型后陶瓷纤维模块置于导热系数测试仪器的炉膛中，进行导热系数测试。
本发明首先将陶瓷纤维模块置于热处理模具中，经过高温处理后，得到热定型后陶瓷纤维模块。
在本发明中，所述陶瓷纤维模块优选为抽掉打包带和/或保护片的陶瓷纤维模块，更优选为抽掉打包带或保护片的陶瓷纤维模块。
在本发明中，所述陶瓷纤维模块在置于热处理模具之前，还优选包括基于导热系数测试仪器的炉膛内尺寸，进行切割的步骤。
在本发明中，所述热处理模具优选为矩形或方形热处理模具。
在本发明中，所述优选热处理模具的长度等于炉膛内的长度。
在本发明中，所述优选热处理模具的宽度等于炉膛内的宽度。
在本发明中，所述热处理模具优选为在高度上开放的热处理模具。
在本发明中，所述热处理模具的耐用温度优选为1000~1400℃，更优选为1080~1320℃，更优选为1160~1240℃。
在本发明中，所述陶瓷纤维模块的种类优选包括含锆型硅酸铝纤维模块、高铝型硅酸纤维模块、高纯型硅酸纤维模块、标准型陶瓷纤维模块、普通型陶瓷纤维模块、锆铝型硅酸铝纤维模块、氧化锆纤维模块和氧化铝纤维模块中的一种或多种，更优选为含锆型硅酸铝纤维模块、高铝型硅酸纤维模块、高纯型硅酸纤维模块、标准型陶瓷纤维模块、普通型陶瓷纤维模块、锆铝型硅酸铝纤维模块、氧化锆纤维模块或氧化铝纤维模块。
在本发明中，所述热处理模具的材质优选为耐火材料制品。
在本发明中，所述耐火材料制品优选包括耐火砖、浇注料、陶瓷纤维毯与高温涂料的复合制品中的一种或多种，更优选为耐火砖、浇注料、陶瓷纤维毯或高温涂料的复合制品。
在本发明中，所述高温处理的温度优选为陶瓷纤维模块使用温度±200℃。
在本发明中，所述高温处理的时间优选为0.5~5h，更优选为1.5~4h，更优选为2.5~3h。
本发明最后将上述步骤得到的热定型后陶瓷纤维模块置于导热系数测试仪器的炉膛中，进行导热系数测试。
在本发明中，所述步骤2）具体优选为：将得到的热处理模具中的热定型后陶瓷纤维模块移至转运模具中，再将转运模具置于导热系数测试仪器的炉膛中，取出转运模具，再进行导热系数测试。
在本发明中，所述转运模具优选为矩形或方形转运模具。
在本发明中，所述转运模具的长度优选小于炉膛内的长度0.5~3.0mm，更优选为1.0~2.5mm，更优选为1.5~2.0mm。
在本发明中，所述转运模具的宽度优选小于炉膛内的宽度0.5~3.0mm，更优选为1.0~2.5mm，更优选为1.5~2.0mm。
在本发明中，所述转运模具优选为开放式转运模具。
在本发明中，所述进行导热系数测试具体优选为按照标准进行导热系数测试。
在本发明中，所述标准优选包括ASTM C201耐火材料导热性试验方法和/或YB/T4130-2005 耐火材料导热系数试验方法，更优选为 ASTM C201耐火材料导热性试验方法或YB/T 4130-2005 耐火材料导热系数试验方法。
在本发明中，所述进行导热系数测试前还优选包括对转运模具中的热定型后陶瓷纤维模块进行尺寸和/或体积密度的测量步骤。具体的，所述模块尺寸和/或体积密度的测量步骤可以按照：ASTM C201样品尺寸及体积密度的测试方法，依据ASTM C167-2018；或者按照YB/T 4130尺寸及体积密度的测试方法，依据GB/T 17911-2018。
在本发明中，所述进行导热系数测试前还优选包括对转运模具中的热定型后陶瓷纤维模块在厚度方向上打孔的步骤。
在本发明中，所述尺寸和/或体积密度的测量步骤优选依据ASTM C201和/或YB/T4130中的测量方法，更优选依据ASTM C201或YB/T 4130中的测量方法。
本发明为完整和细化整体技术方案，更好的保证测试方法的稳定性和可重复性，提高测试方法的适用性，上述陶瓷纤维模块导热系数的测试方法具体可以包括以下内容：
首先，将纤维模块安装在热处理模具中，抽掉打包带和保护片。
然后将热处理模具固定的纤维模块在一定的温度下保温一段时间进行高温处理，达到纤维模块热定型的目的。
其中，不同种类型的纤维模块的预煅烧温度各不相同，一般的热处理温度=长期使用温度±200℃，优选热处理温度=长期使用温度±100℃。其中，热处理时间为0.5~5h，优选1~2h。
本发明制备了一种热处理模具，用于纤维模块的预处理热定型。解决未经处理的纤维模块挤压方向回毯性大，可能造成的对导热系数仪器中炉衬结构产生的破坏问题。模块热处理模具（如图1所示，其中，L为长度，W为宽度）。
其中，上述热处理模具为一种耐火材料制品，一种具有一定机械强度的耐火材料。可以满足长期1000~1400℃的使用要求。该模具耐火材料的材质可以为耐火砖、浇注料或者是陶瓷纤维毯与高温涂料的复合制品。该模具内侧长度（如图1中L）和内侧宽度（如图1中W）与测试导热系数的炉膛长度和宽度分别完全一致。
本发明通过高温热定型处理，降低未处理模块回弹性过大可能对导热系数测试仪器炉膛可能产生的损坏问题，打通了模块导热系数的测试方法。其中，热处理定型温度=长期使用温度±200℃，优选热处理温度=长期使用温度±100℃。热处理时间为30~300min，优选60~200min。
本发明还制备了一种模块的转运模具，（如图2所示，其中，L为长度，W为宽度）。保证陶瓷纤维模块在从热处理模具向导热系数仪器模具转移的过程中，模块尺寸的规整性。将热处理后的纤维模块转至转运模具中，进行模块的尺寸测量、打孔，并转至导热系数测试设备中。
上述模块转运模具的材质为一种不锈钢材质，不锈钢材质可以为304、310、316、316L等。目的是保证模具表面光滑，便于纤维模块在热处理模具和导热系数测试炉间的转移。模具使用钢板的厚度为1.0-3.0mm，优选1.5~2.5mm。转运模具的转运模块外侧长度（如图2中L）和外侧宽度（如图2中W）比测试导热系数的炉膛尺寸稍小，长度方向和宽度方向各小1.0-3.0mm，优选1.0~1.5mm。
本发明上述内容提供了一种陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，这是一种具有特定步骤以及采用特定装置实现的陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，本发明特别利用陶瓷纤维模块在高温热处理的过程中，陶瓷纤维毯会产生一定的体积收缩，纤维毯模块的回弹性能也会相应的降低。本发明进一步采用特定的热处理温度以及热处理时间，使得以纤维毯为原料制作而成的纤维模块基本可以维持其在热处理过程中的固定形状；然后通过设计陶瓷纤维模块的热处理模具，用于纤维模块的预处理热定型，又采用了相应的转运模具，保证陶瓷纤维模块在从热处理模具向导热系数仪器模具转移的过程中，模块尺寸的规整性，同时在进行导热系数测量前的必要尺寸测量、打孔过程中，保证模块规整性，最终使得模块平稳的转至导热系数测试设备中。
本发明提供的测试方法，解决了未经处理的纤维模块在挤压宽方向上回弹性大，会造成导热系数仪器中炉衬结构的破坏问题，打通了陶瓷纤维模块导热系数的测试方法。
实验结果表明，采用本方法提供的测试方法，可以测试陶瓷纤维模块的导热系数，多次测试后，测试导热系数的炉膛内衬没有损坏的迹象，有利于顺利开展模块导热系数的测量。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种陶瓷纤维模块导热系数的测试方法进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明保护范围的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
体积密度为200kg/m3的含锆型硅酸铝纤维模块导热系数测试
采用ASTM C201的方法测试模块的导热系数，测试仪器的炉膛内侧长度为：462mm，内侧宽度为：345mm。导热系数的测试过程如下：
（1）采用28级轻质耐火砖制备热处理模具，制备热处理模具（如图1）。其中，模具内侧长度（如图1中L）为：462mm，模具内侧宽度（如图1中W）为：345mm；
（2）制备导热系数测试模块，模块的切割长为345mm，切割长控制偏差为±1mm，模块的挤压宽为462mm，挤压宽控制偏差为-2~-5mm；
（3）将模块安放于热处理模具中，在高温窑炉中进行煅烧处理，热处理温度为1250℃，热处理时间为120min，热处理后的纤维模块有很好的热定型效果；
（4）将热处理后的纤维模块采用转运模具（如图2）从热处理模具中取出，转运模具材质为304不锈钢，模具壁厚为1.5mm。转运模具外侧长度（如图2中L）为461mm，模具外侧宽度（如图2中W）为344mm；模块外侧长度及宽度尺寸比相应炉膛尺寸小1mm，保证模具的放入和取出方便，不会损伤炉衬材料。模块从热处理模具中取出后，按照ASTM C201规定的方法进行模块尺寸、体积密度等参数的测量，在模块厚度方向的中间位置打孔，模块转运模具保证热处理后模块样品在测试和打孔过程中的尺寸稳定。
（5）将转运模具放入导热系数测试仪器中，抽出模具将热处理后的模块安装于导热系数测试仪器中，开始导热系数测试。
通过上述方法，本发明成功测试得到200kg/m3的含锆型陶瓷纤维模块的导热系数，并对炉衬结构没有任何损伤。
以上对本发明提供的一种陶瓷纤维模块导热系数的测试方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。本发明专利保护的范围通过限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于保护范围文字表述的结构要素，或者如果它们包括与保护范围的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在保护范围内。
Claims (10)
1.一种陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将陶瓷纤维模块置于热处理模具中，经过高温处理后，得到热定型后陶瓷纤维模块；
2）将上述步骤得到的热定型后陶瓷纤维模块置于导热系数测试仪器的炉膛中，进行导热系数测试。
2.根据权利要求1所述的陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，其特征在于，所述陶瓷纤维模块为抽掉打包带和/或保护片的陶瓷纤维模块；
所述陶瓷纤维模块在置于热处理模具之前，还包括基于导热系数测试仪器的炉膛内尺寸，进行切割的步骤。
3.根据权利要求1所述的陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，其特征在于，所述热处理模具为矩形或方形热处理模具；
所述热处理模具的长度等于炉膛内的长度；
所述热处理模具的宽度等于炉膛内的宽度；
所述热处理模具为在高度上开放的热处理模具。
4.根据权利要求1所述的陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，其特征在于，所述热处理模具的耐用温度为1000~1400℃；
所述陶瓷纤维模块的种类包括含锆型硅酸铝纤维模块、高铝型硅酸纤维模块、高纯型硅酸纤维模块、标准型陶瓷纤维模块、普通型陶瓷纤维模块、锆铝型硅酸铝纤维模块、氧化锆纤维模块和氧化铝纤维模块中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，其特征在于，所述热处理模具的材质为耐火材料制品；
所述耐火材料制品包括耐火砖、浇注料、陶瓷纤维毯与高温涂料的复合制品中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，其特征在于，所述高温处理的温度为陶瓷纤维模块使用温度±200℃；
所述高温处理的时间为0.5~5h。
7.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤2）具体为：将得到的热处理模具中的热定型后陶瓷纤维模块移至转运模具中，再将转运模具置于导热系数测试仪器的炉膛中，取出转运模具，再进行导热系数测试。
8.根据权利要求7所述的陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，其特征在于，所述转运模具为矩形或方形转运模具；
所述转运模具的长度小于炉膛内的长度0.5~3.0mm；
所述转运模具的宽度小于炉膛内的宽度0.5~3.0mm；
所述转运模具为开放式转运模具。
9.根据权利要求7所述的陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，其特征在于，所述进行导热系数测试具体为按照标准进行导热系数测试；
所述标准包括ASTM C201耐火材料导热性试验方法和/或YB/T 4130-2005 耐火材料导热系数试验方法；
所述进行导热系数测试前还包括对转运模具中的热定型后陶瓷纤维模块进行尺寸和/或体积密度的测量步骤。
10.根据权利要求9所述的陶瓷纤维模块导热系数的测试方法，其特征在于，所述进行导热系数测试前还包括对转运模具中的热定型后陶瓷纤维模块在厚度方向上打孔的步骤；
所述尺寸和/或体积密度的测量步骤依据ASTM C201和/或YB/T 4130中的测量方法。
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