CN205263012U - 一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构，包括第一玻璃载片、由下向上依次设置在第一玻璃载片上的第一试样单元、传感器探头、第二试样单元以及第二玻璃载片，第一玻璃载片与第二玻璃载片均与热线法测试仪器中的热线长度方向平行，第一试样单元与第二试样单元均沿垂直于热线长度方向进行布设，传感器探头完全夹设在第一试样单元与第二试样单元之间，并且传感器探头通过电路与热线法测试仪器连接，第二玻璃载片上还设有砝码。与现有技术相比，本实用新型整体结构简单，操作便捷，且不破坏样品的内部结构，测试稳定，能有效提高导热系数的测试精度，测试结果偏差约为±5％，实用性好，制作成本低。
Description
技术领域
本实用新型属于材料导热系数测定技术领域，涉及一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构。
背景技术
纤维材料因其具有长宽比在103倍以上、粗细为几微米到上百微米的柔软细长的特点，不仅可以纺织加工，而且可以作为填充料、增强基体或直接形成多孔材料，或组合构成刚性或柔性复合材料。纤维材料被广泛地应用航空航天、医疗、军事、能源、建筑等工程领域，对其导热系数数据的需求越来越大。因此，对纤维材料的导热系数进行测定、对导热性能进行评价，以及对形成热线法测量纤维材料导热系数的测试方法均有着重要作用。
目前，用于测量纤维导热系数的试样制备方法主要是利用树脂包埋松散纤维束，测试包埋块的导热参数，并利用数学方法计算纤维的导热系数。树脂包埋松散纤维束的方法，可获得平行纤维束轴向(或径向)的导热系数。但是该方法的不足之处在于：纤维在包埋剂中的平行伸直程度不一，以及混入空气含量不稳定；其次，将包埋剂的导热系数简化为纤维导热系数与基质导热系数按体积加权平均，计算出纤维导热系数也会存在一些误差；最后，数据处理及计算过程也较为繁琐。
近年来，在非稳态方法中，热线法是测量非导电固体导热系数和热扩散系数的普遍使用的方法，并且是高温下导热系数测量方法中唯一的一种国际标准方法。其测量原理是假定固体介质中存在一个理想的无限细且无限长的线形热源(即热线)，在该线热源作用下，线热源本身及周围温度将上升，而线热源温度上升的快慢将取决于其周围介质导热系数的大小。而适用于热线法的试样是不需要特定形状和特定尺寸的片状材料(最大边长不小于3cm，最小边长大于1cm)。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单，操作方便，实用性好，能有效提高导热系数测量准确度的用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构，该样品测试机构用于热线法测试仪器，所述的样品测试机构包括第一玻璃载片、由下向上依次设置在第一玻璃载片上的第一试样单元、传感器探头、第二试样单元以及第二玻璃载片，所述的第一玻璃载片与第二玻璃载片均与热线法测试仪器中的热线长度方向平行，所述的第一试样单元与第二试样单元均沿垂直于热线长度方向进行布设，所述的传感器探头完全夹设在第一试样单元与第二试样单元之间，并且所述的传感器探头通过电路与热线法测试仪器连接，所述的第二玻璃载片上还设有砝码。
所述的第一试样单元及第二试样单元均分别由纤维层、载体层以及设置在纤维层与载体层之间的粘结层组合而成，所述的传感器探头夹设在第一试样单元的纤维层与第二试样单元的纤维层之间。
所述的载体层为导热硅片。
所述的导热硅片为正四边形导热硅片。
所述的粘结层为双面胶粘结层。
所述的双面胶粘结层布设在载体层的四周。
所述的纤维层为待测试单纤维相互平行排列而形成的平面纤维束层，所述的待测试单纤维的轴向与热线长度方向垂直。
所述的第一玻璃载片与第二玻璃载片均为硼硅玻璃载片。
本实用新型中，第一试样单元及第二试样单元中，载体层为导热性能高且稳定的薄片状材料。由于热线法对样品尺寸要求不是很严格，但为保证测试数据的稳定性和制样的简便性，以试样单元能够覆盖热线法传感器为标准，载体层的尺寸为长和宽不小于30mm，厚度无要求，薄片表面形状以正四边形为最佳。粘结层为导热性能高且稳定的双面胶，该双面胶的粘度应适中，既要保证粘住纤维束，也要保证能够返工调整纤维束的位置。为避免由于双面胶粘结性大而无法调整的问题，可仅在载体层的四周或局部涂覆双面胶。纤维层为待测试单纤维相互平行排列而形成的平面纤维束层，采用梳理工具将纤维束整理平直，有利于使单纤维均匀分布在载体层上。在实际测试过程中，试样单元中的纤维层在载体层上的位置，可按照要求进行任意调整。
与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：
1)将单纤维依次粘结在载体层上，使几何形状为线形的纤维制备成几何形状为面的纤维集合体，进而满足热线法的测试要求；
2)由于在第二玻璃载片上设置砝码，能确保两试样单元与传感器探头表面之间无空气间隙，防止空气介入影响导热系数的测量，提高导热系数测量的准确度，同时，还能避免试样单元或者传感器探头因空气层的存在，温度过高而受损；
3)本实用新型样品测试机构整体结构简单，操作便捷，且不破坏样品的内部结构，测试稳定，能有效提高导热系数的测试精度，测试结果偏差约为±5％，实用性好，制作成本低。
附图说明
图1为本实用新型样品测试机构的结构示意图；
图2为本实用新型中第一试样单元的结构示意图；
图中标记说明：
1—第一玻璃载片、2—第一试样单元、3—传感器探头、4—第二试样单元、5—第二玻璃载片、6—纤维层、7—粘结层、8—载体层、9—热线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例：
本实施例用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构，该样品测试机构用于热线法测试仪器，样品测试机构包括第一玻璃载片1、由下向上依次设置在第一玻璃载片1上的第一试样单元2、传感器探头3、第二试样单元4以及第二玻璃载片5，第一玻璃载片1与第二玻璃载片5均与热线法测试仪器中的热线9长度方向平行，第一试样单元2与第二试样单元4均沿垂直于热线9长度方向进行布设，传感器探头3完全夹设在第一试样单元2与第二试样单元4之间，并且传感器探头3通过电路与热线法测试仪器连接，第二玻璃载片5上还设有砝码。
如图1所示，第一试样单元2及第二试样单元4均分别由纤维层6、载体层8以及设置在纤维层6与载体层8之间的粘结层7组合而成，传感器探头3夹设在第一试样单元2的纤维层6与第二试样单元4的纤维层6之间。第二试样单元4与第一试样单元2的组成相同，其中，载体层8为50mm×50mm导热硅片，购于杭州斯倍尔有限公司；粘结层7为固体双面胶，由3M公司提供；纤维层6为待测试单纤维相互平行排列而形成的平面纤维束层，待测试单纤维的轴向与热线9长度方向垂直。
本实施例中，待测试单纤维为涤纶长丝(1100D/790F)，热线法仪器由西安夏溪电子科技有限公司研制的固体热线法导热系数仪。
在进行导热系数的测试试验时，首先，将第一玻璃载片1置于桌面上，再将第一试样单元2置于第一玻璃载片1上，把传感器探头3放于第一试样单元2上，保持传感器探头3平整，传感器探头3不能偏离试样，热线9长度方向与纤维轴向垂直；其次，将第二试样单元4与热线9长度方向保持垂直，且完全覆盖在传感器探头3上，再放上第二玻璃载片5，第一试样单元2与第二试样单元4不能偏离传感器探头3，不能将传感器探头3露于试样单元之外，热线9长度方向应与两块玻璃载片保持平行；然后，在第二玻璃载片5上放置一个1000g的砝码，以确保两试样单元和传感器探头3表面之间无空气间隙，防止空气介入影响导热系数的测量，同时，避免试样单元或者传感器探头3因空气层的存在，温度过高而受损；最后，打开数据采集软件，对实验电压和采集时间等试验参数的设定进行初步的判断，并且通过观察初步实验所得数据绘制的ΔT～lnt曲线进行试验参数的调整。测试一开始，曲线不是线性的，在稍过一段时间后，会出现较好的直线性。选取线性较好的一段曲线对应的时间和温度范围，以此作为数据采集时间和实验电压的设定依据。一个实验点每隔5min测试一次，共测试5次，取其平均值。
本实施例中，第一玻璃载片1与第二玻璃载片5均为硼硅玻璃载片。
对多块相同试样进行了重复性测试，导热系数结果在0.2624-0.2802Wm-1K-1之间，测试结果偏差在±5％左右，说明本实施例的样品测试机构的测试结果是稳定、可靠的，用该测试试样对纤维导热系数测试是可行的。
Claims (8)
1.一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构，该样品测试机构用于热线法测试仪器，其特征在于，所述的样品测试机构包括第一玻璃载片(1)、由下向上依次设置在第一玻璃载片(1)上的第一试样单元(2)、传感器探头(3)、第二试样单元(4)以及第二玻璃载片(5)，所述的第一玻璃载片(1)与第二玻璃载片(5)均与热线法测试仪器中的热线(9)长度方向平行，所述的第一试样单元(2)与第二试样单元(4)均沿垂直于热线(9)长度方向进行布设，所述的传感器探头(3)完全夹设在第一试样单元(2)与第二试样单元(4)之间，并且所述的传感器探头(3)通过电路与热线法测试仪器连接，所述的第二玻璃载片(5)上还设有砝码。
2.根据权利要求1所述的一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构，其特征在于，所述的第一试样单元(2)及第二试样单元(4)均分别由纤维层(6)、载体层(8)以及设置在纤维层(6)与载体层(8)之间的粘结层(7)组合而成，所述的传感器探头(3)夹设在第一试样单元(2)的纤维层(6)与第二试样单元(4)的纤维层(6)之间。
3.根据权利要求2所述的一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构，其特征在于，所述的载体层(8)为导热硅片。
4.根据权利要求3所述的一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构，其特征在于，所述的导热硅片为正四边形导热硅片。
5.根据权利要求2所述的一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构，其特征在于，所述的粘结层(7)为双面胶粘结层。
6.根据权利要求5所述的一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构，其特征在于，所述的双面胶粘结层布设在载体层(8)的四周。
7.根据权利要求2所述的一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构，其特征在于，所述的纤维层(6)为待测试单纤维相互平行排列而形成的平面纤维束层，所述的待测试单纤维的轴向与热线(9)长度方向垂直。
8.根据权利要求1所述的一种用于热线法测量纤维导热系数的样品测试机构，其特征在于，所述的第一玻璃载片(1)与第二玻璃载片(5)均为硼硅玻璃载片。
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