热流计法测定导热系数、热阻率及ASTM C518和ASTM E1530标准如何选择?

热流计法是一种测定材料在稳态条件下热传递率（导热系数）和热阻率的常用方法。这种方法适用于各种类型的材料，包括固体、液体、气体和多孔材料，尤其是对于隔热材料的测试非常有效。

热流计法测试常用标准：

ASTM C518、ASTM E1530、GB / T 3139、GB / T10295；

热流计法测试对样品尺寸的要求：

长: ≥1 0 0 m m、宽: 1 0 0 m m -3 0 5 m m、厚：5 - 5 0 m m

热流计法测试温度范围：

测试温度：- 2 0℃～8 0℃

备注：测试前需要确认常温测试还是高温下或者低温下进行测试。

热流计法通过测量在已知温度梯度下通过材料样品的热流量来计算材料的热性能指标。下面是关于热流计法的一些基本概念和步骤。

01 基本原理

热流计法的基本原理基于傅里叶定律，即热量传递的速率与材料的温度梯度成正比。通过测量材料两侧的温差以及通过材料的热流量，可以计算出材料的热传递率或热阻率。热传递率（(\lambda))表示为单位温差下单位时间内通过单位面积的热量，而热阻率是其倒数，表示材料对热传递的阻碍程度。

02 测试设备

热流计法需要使用特定的测试设备，通常包括：

热流计：一种用于直接测量通过样品的热流量的仪器。

温度控制系统：用于精确设置和维持样品两侧的温度差。

样品夹持装置：确保样品稳定放置并与热流计传感器良好接触的装置。

03 测试步骤

样品准备：按照测试要求准备适当尺寸和形状的材料样品。

样品尺寸要求：

长: ≥1 0 0 m m、宽: 1 0 0 m m - 3 0 5 m m、厚：5 - 5 0 m m

设定温度差：使用温度控制系统在样品两侧设定稳定的温度差。

测量热流量：通过热流计测量在设定温度差下通过样品的热流量。

计算热传递率和热阻率：根据测量的热流量和样品的尺寸、温度差，利用傅里叶定律计算热传递率和热阻率。

04 注意事项

确保样品在测试过程中达到稳态，即温度分布和热流量在时间上保持不变。

样品的尺寸和放置方式需要满足设备的要求，确保测试结果的准确性。

温度控制系统的稳定性对测试结果的准确性至关重要。

05 应用

热流计法广泛应用于建筑材料、绝缘材料、纺织品、食品和多孔介质等材料的热性能评价中。这一方法不仅可以为材料的研发和改进提供重要数据，也是产品质量控制和性能验证的重要工具。

06 测试标准ASTM C518‍

ASTM C518是美国材料与试验协会（ASTM）制定的一项标准，标题为“测定稳态热传递率和热阻率的试验方法（热流计法）”。该标准涉及利用热流计法测量固体绝缘材料在稳态条件下的热传导性能。以下是对ASTM C518标准的重点内容梳理，旨在为新人培训提供一个概览。

1. 范围

介绍了该标准适用的材料类型（如板材形式的隔热材料）和测试的目的，即测定材料的稳态热阻和热导率。

2. 引用文件

列出了执行ASTM C518测试过程中，可能需要参考的其他ASTM标准文档。

3. 术语和定义

提供了与热传递率和热阻相关的专业术语和定义，包括“热阻”、“热传递率”等，以确保理解的一致性。

4. 概述

说明了测试的基本原理，即通过测量通过已知面积和厚度的样品传递的恒定热流量，计算材料的导热系数。

5. 仪器要求

描述了进行测试所需的热流计设备的要求，包括热板、温度控制和测量系统等。

6. 样品要求

详细说明了样品的准备、尺寸和状态要求，以保证测试结果的准确性。

7. 测试环境

规定了测试应在何种环境条件下进行，包括温度、湿度等。

8. 测试程序

描述了测试的具体步骤，包括样品安装、温度设定、数据采集和热流量测量等。

9. 结果计算

提供了基于测量数据计算热阻和热传递率的数学公式和方法。

10. 报告

规定了测试报告应包含的信息，如测试条件、样品描述、测量结果及其不确定性等。

重点理解

稳态条件：确保测试过程中的温度和热流量是恒定的，以满足稳态的要求。

热阻和热传递率：理解这两个核心参数的定义和测量意义，以及它们如何反映材料的隔热或导热性能。

精确度和重复性：认识到操作过程中精确控制测试条件对于获得可靠和可重复的结果的重要性。

数据处理和报告：掌握如何从原始数据中计算出结果，并按照标准要求准确记录和报告测试结果。

ASTM C518是评估绝缘材料热性能的重要标准，适用于研发、质量控制和产品性能验证等多个领域。对新人而言，深入理解这个标准的应用和执行过程，将有助于其在材料测试和评估方面的工作。

07 测试标准 ASTM E1530

ASTM E1530是一项由美国材料与试验协会（ASTM）制定的国际标准，标题为“通过护盾的热板法测量固体材料稳态热传递率的测试方法”。该标准描述了一种用于测定固体材料在稳态条件下导热系数（热传递率）的方法。这种方法适用于多种类型的材料，包括塑料、陶瓷、玻璃、复合材料等。以下是ASTM E1530的重点内容梳理，旨在为新人培训提供一个概览。

1. 范围

说明了该标准的适用对象和目的，即通过护盾的热板法（也称为守护热板法）测量固体材料的稳态热传递率。

2. 引用文件

列出了执行ASTM E1530测试过程中可能需要参考的其他ASTM标准文档。

3. 术语和定义

提供了与测试方法相关的专业术语和定义，以确保理解的一致性。

4. 概述

介绍了测试的基本原理和方法，即通过测量已知厚度的样品两侧的温差和通过样品的热流量，计算出材料的热传递率。

5. 仪器要求

描述了测试所需的设备和仪器，包括热板、温度传感器、热流计、护盾装置等。

6. 样品要求

详细说明了样品的尺寸、形状、表面处理等要求，以保证测试结果的准确性和可重复性。

7. 测试环境

规定了测试应在何种环境条件下进行，包括温度、湿度、气压等。

8. 测试程序

描述了测试的具体步骤，包括样品的安装、设定测试条件、数据采集及处理等。

9. 结果计算

提供了基于测量数据计算热传递率的数学公式和方法。

10. 报告

规定了测试报告应包含的内容，如测试条件、样品描述、测量结果及不确定性分析等。

重点理解

稳态条件的重要性：强调了实现和维持样品在稳态条件下的重要性，以获得准确的热传递率测量值。

精确的仪器和环境控制：理解精确控制测试仪器和环境参数（如温度、湿度）对于保证测试准确性和重复性的重要性。

样品准备和处理：样品的尺寸、形状和表面处理对测试结果有显著影响，需严格按照标准要求准备样品。

数据处理和报告：掌握如何正确处理测试数据，并依照标准编写完整的测试报告。

ASTM E1530提供了一种准确测定固体材料热传递率的标准方法，适用于材料研发、性能评估及质量控制等领域。对于新人而言，深入理解和掌握这一标准不仅有助于提高专业技能，也是进行相关测试和研究工作的基础。

ASTM C518和ASTM E1530比较：

ASTM C518和ASTM E1530都是由美国材料与试验协会（ASTM International）制定的标准，它们分别描述了测量材料热传导性能的不同方法。

其他的不同归纳如下：

使用的设备：C518采用热流计法，而E1530使用护盾热板法。这两种方法都能提供准确的热传导性能数据，但使用的设备和测试布局有所不同。

适用材料：虽然两者都可以测试固体材料，但C518特别适用于绝缘材料，而E1530适用范围更广，可以测试包括塑料、陶瓷和复合材料在内的各种固体材料。

测试原理：两种方法都是在样品两侧建立温度差，测量通过样品的热流量。E1530通过使用护盾来最小化边缘效应，而C518重点关注热流计法的准确实施。

总的来说，选择哪种标准取决于具体的测试需求、样品类型以及可用的测试设备。

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图1 护热平板法导热系数测试标准

图2 热流计法导热系数测试标准

通过以上问题及解答，希望能够帮助您更好地理解导热系数测试的相关知识和实践应用。

图3 热线法导热系数测试标准

图4 激光法导热系数测试标准

图5 稳态热流法导热系数测试标准

图6 激光法水平方向导热系数测试标准

图7 瞬态平面热源法导热系数测试标准

图8 比热容测试（蓝宝石法）

图9  热膨胀系数测试