纤维增强塑料平均比热容试验方法

1 主题内容与适用范围 本标准规定了用混合法，采用铜块量热计，测定纤维增强塑料的平均比热容。 本标准适用于平均温度约60°C(100°C到20°C)，即试样被加热到100°C的纤维增强塑 料的平均比热容。 本标准不适用于在100°C时发软变形的试样。 2 引用标准 GB 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则 3 原理 将一定质量的试样均匀加热到试验温度后，降落到温度较低的已知熟容值的铜块量热计 内，测定量热计的温升。当二者温度平衡时量热计吸收的热量即等于试样放出的热量。根据 公式计算出试样的平均比热容。 4 试样 4.1 尺寸 试样尺寸如图1所示。对于板材可叠加起来加工，在试样中心钻孔，用同类材料做的 圆棒贯穿固定。 4.2 数量 试样数量不少于3个 5 试验设备 试验设备主要由量热计、恒温水浴、加热炉和温度测量装置所组成，如图2所示。 5.1 量热计 量热计由铜块量热计及其外壳组成。铜块量热计材料为紫铜(热容值约为800/°C。尺寸 见图3和图4)。热容值用电能法进行标定。 注：电能法是指对量热计进行电加热，根据所加电能及量热计的温度升高计算量热计的 热容值。 5.2 恒温水浴 在试验期间，水浴温度波动不超过±0.1°C。 5.3 加热炉 加热炉均温区沿纵向的长度至少是试样高度的两倍。在均温区内最大温差不超过1°C。 5.4 温度测量装置 5.4.1 量热计温度用铂电阻温度计测量，精度不应低于0.01°C。 5.4.2 试样温度用热电偶伸入试孔中进行测量，精确至0.2°C。 6 试验步骤 6.1 试样状态调节 试样状态调节按GB 1446的3.2条进行。 6.2 操作步骤 6.2.1 将试样悬挂于加热炉均温区的正中处。通电加热，使其升温至约100°C。 6.2.2 把量热计置于水浴中，使量热计的初始温度和水浴温度保持在20°C左右(与标定热 容值时的量热计初始温度相一致)。待温度恒定后，将水浴的温度调节到比量热计的初始温 度高1～1.5°C。 6.2.3 待试样温度稳定后，保温20min以上。在保温期间温度偏差不超过±0.2°C。落样时 记录试样温度t。 6.2.4 分3阶段测量量热计的温度值，每隔1min读一次数。 a. 第一阶段——待量热计温度上升速率稳定后记录10min。在测记第10min温度t0时准 时落样； b. 第二阶段——试样放热，量热计温度迅速升高，继续读数直到温度最高tnj； c. 第三阶段——末期降温阶段，从温度下降开始记录10min。 6.2.5 从量热计中取出试样。称取试样质量，精确到0.01g。 7 计算 7.1 平均比热容计算公式 试样的平均比热容按(1)式计算： C(tn+tδ-t0) Cp=------------- …………………………………(1) m(t-tn-tδ 式中：Cp——试样的平均比热容，J/kg·K； C——量热计的热容值，J/°C； tn——量热计的最高温度，°C； tδ——量热计温度修正值，°C；(tδ为正时表示量热计向外散失热量反之为从外吸收 了热量)； t0——落样时刻的量热计温度，°C； m——试验后的试样质量，kg； t——试样温度，°C。 7.2 量热计温度修正 量热计温度修正值按(2)式或(3)式计算： V3-V1 t0+tn n-1 - td=-------(------- +tj-n·t1 )+n+·V1 …………(2) t3-t1 2 j=1 V3-V1 t0+tn n-1 - td=-------(-------+tj-n·t3)+n·V3 …………(3) t3-t1 2 j=1 式中：tδ——同式(1)； V1、V3——分别表示第一和第三阶段量热计温度变化速率，°C/min； - - t1、t3——分别表示第一和第三阶段量热计的温度平均值，°C； n——第二阶段量热计温度记录次数； tj——第二阶段量热计温度记录值，°C。 7.3 计算出每个试样的平均比热容和一组试样的算术平均值。取两位有效数字。平均比热 容的计算示例参见附录A。 8 试验报告 8.1 注明本标准号，材料名称，牌号，生产厂家，试验日期和试验人员。 8.2 给出每个试样的平均比热容和一组试样的算术平均值。 8.3 注明试验的温度范围和特殊的状态调节条件等。 附 录 A 平均比热容计算示例 (参考件) A1 测定结果 A1.1 量热计热容值，C=775.5J/°C A1.2 试样温度，t=102.1°C。 A1.3 试验后的试样质量，m=0.023 19kg。 A1.4 量热计温度变化见表A1。 表 A1 量热计的温度变化 _______________________________________________________________________________ 时间 第一阶段 时间 第二阶段 时间 第三阶段 min 温度，° C min 温度，°C n min 温度，°C 0 20.206 11 21.264 1 20 23.000 1 20.218 12 22.008 2 21 22.995 2 20.236 13 22.429 3 22 22.990 3 20.249 14 22.683 4 23 22.982 4 20.264 15 22.845 5 24 22.975 5 20.279 16 22.921 6 25 22.964 6 20.297 17 22.967 7 26 22.957 7 20.312 18 22.990 8 27 22.949 8 20.325 19 23.002=t 9 28 22.939 9 20.338 29 22.932 10 20.353=t0 _______________________________________________________________________________ A2 计算量热计温度修正值 20.206-20.353 V1=--------------=-0.015 10 23.002-22.932 V3=--------------=0.007 10 - 20.206+20.353 t1=--------------=20.280 2 V3-V1 0.022 -------=------=0.008 t3-t1 2.687 t0+tn 20.353+23.002 -------=--------------=21.678 2 2 ∵n=9 n-1 ∴tj=21.264+22.008+22.429+22.683+22.845+22.921+22.967+22.990=180.107 j=1 - n·t1=9×20.280=182.520 n·V1=9×(-0.015)=-0.135 V3-V1 t0+tn n-1 - 代入tδ=-------［------+tj-n·t1］+n·V1=0.008［21.678+180.107-182.520］+(-0.1 t3-t1 2 j=135)=0.019°C A3 计算试样的平均比热容 C(tn+tδ-t0) 775.5(23.002+0.019-20.353 Cp=------------=---------------------------=1.1×10[3]J/kg·K M(t-tn-tδ) 0.02319(102.1-23.002-0.019) ____________________ 附加说明： 本标准由国家建筑材料工业局提出。 本标准由会国纤维增强塑料标准化技术委员会归口。 本标准由国家建筑材料工业局玻璃钢研究设计院负责起草。 本标准主要起草人施自强、雷国栋、刘建明。