纖維增強(qiáng)塑料平均比熱容試驗(yàn)方法

1主題內(nèi)容與適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用混合法，采用銅塊量熱計(jì)，測(cè)定纖維增強(qiáng)塑料的平均比熱容。本標(biāo)準(zhǔn)適用于平均溫度約60°C(100°C到20°C)，即試樣被加熱到100°C的纖維增強(qiáng)塑料的平均比熱容。本標(biāo)準(zhǔn)不適用于在100°C時(shí)發(fā)軟變形的試樣。 2引用標(biāo)準(zhǔn) GB 1446纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則 3原理將一定質(zhì)量的試樣均勻加熱到試驗(yàn)溫度后，降落到溫度較低的已知熟容值的銅塊量熱計(jì)內(nèi)，測(cè)定量熱計(jì)的溫升。當(dāng)二者溫度平衡時(shí)量熱計(jì)吸收的熱量即等于試樣放出的熱量。根據(jù)公式計(jì)算出試樣的平均比熱容。 4試樣 4.1尺寸試樣尺寸如圖1所示。對(duì)于板材可疊加起來加工，在試樣中心鉆孔，用同類材料做的圓棒貫穿固定。 4.2數(shù)量試樣數(shù)量不少于3個(gè) 5試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備主要由量熱計(jì)、恒溫水寓加熱爐和溫度測(cè)量裝置所組成，如圖2所示。 5.1量熱計(jì)量熱計(jì)由銅塊量熱計(jì)及其外殼組成。銅塊量熱計(jì)材料為紫銅(熱容值約為800/°C。尺寸見圖3和圖4)。熱容值用電能法進(jìn)行標(biāo)定。注：電能法是指對(duì)量熱計(jì)進(jìn)行電加熱，根據(jù)所加電能及量熱計(jì)的溫度升高計(jì)算量熱計(jì)的熱容值。 5.2恒溫水浴在試驗(yàn)期間，水浴溫度波動(dòng)不超過±0.1°C。 5.3加熱爐加熱爐均溫區(qū)沿縱向的長度至少是試樣高度的兩倍。在均溫區(qū)內(nèi)最大溫差不超過1°C。 5.4溫度測(cè)量裝置 5.4.1量熱計(jì)溫度用鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量，精度不應(yīng)低于0.01°C。 5.4.2試樣溫度用熱電偶伸入試孔中進(jìn)行測(cè)量，精確至0.2°C。 6試驗(yàn)步驟 6.1試樣狀態(tài)調(diào)節(jié) 試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)按GB 1446的3.2條進(jìn)行。 6.2操作步驟 6.2.1將試樣懸掛于加熱爐均溫區(qū)的正中處。通電加熱，使其升溫至約100°C。 6.2.2把量熱計(jì)置于水浴中，使量熱計(jì)的初始溫度和水浴溫度保持在20°C左右(與標(biāo)定熱容值時(shí)的量熱計(jì)初始溫度相一致)。待溫度恒定后，將水浴的溫度調(diào)節(jié)到比量熱計(jì)的初始溫度高1～1.5°C。 6.2.3待試樣溫度穩(wěn)定后，保溫20min以上。在保溫期間溫度偏差不超過±0.2°C。落樣時(shí)記錄試樣溫度t。 6.2.4分3階段測(cè)量量熱計(jì)的溫度值，每隔1min讀一次數(shù)。 a.第一階段——待量熱計(jì)溫度上升速率穩(wěn)定后記錄10min。在測(cè)記第10min溫度t0時(shí)準(zhǔn)時(shí)落樣； b.第二階段——試樣放熱，量熱計(jì)溫度迅速升高，繼續(xù)讀數(shù)直到溫度最高tnj； c.第三階段——末期降溫階段，從溫度下降開始記錄10min。 6.2.5從量熱計(jì)中取出試樣。稱取試樣質(zhì)量，精確到0.01g。 7計(jì)算 7.1平均比熱容計(jì)算公式試樣的平均比熱容按(1)式計(jì)算： C(tn+tδ-t0) Cp=-------------…………………………………(1) m(t-tn-tδ式中：Cp——試樣的平均比熱容，J/kg·K； C——量熱計(jì)的熱容值，J/°C； tn——量熱計(jì)的最高溫度，°C； tδ——量熱計(jì)溫度修正值，°C；(tδ為正時(shí)表示量熱計(jì)向外散失熱量反之為從外吸收了熱量)； t0——落樣時(shí)刻的量熱計(jì)溫度，°C； m——試驗(yàn)后的試樣質(zhì)量，kg； t——試樣溫度，°C。 7.2量熱計(jì)溫度修正量熱計(jì)溫度修正值按(2)式或(3)式計(jì)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——分別表示第一和第三階段量熱計(jì)溫度變化速率，°C/min； - - t1、t3——分別表示第一和第三階段量熱計(jì)的溫度平均值，°C； n——第二階段量熱計(jì)溫度記錄次數(shù)； tj——第二階段量熱計(jì)溫度記錄值，°C。 7.3計(jì)算出每個(gè)試樣的平均比熱容和一組試樣的算術(shù)平均值。取兩位有效數(shù)字。平均比熱容的計(jì)算示例參見附錄A。 8試驗(yàn)報(bào)告 8.1注明本標(biāo)準(zhǔn)號(hào)，材料名稱，牌號(hào)，生產(chǎn)廠家，試驗(yàn)日期和試驗(yàn)人員。 8.2給出每個(gè)試樣的平均比熱容和一組試樣的算術(shù)平均值。 8.3注明試驗(yàn)的溫度范圍和特殊的狀態(tài)調(diào)節(jié)條件等。附錄 A平均比熱容計(jì)算示例 (參考件) A1測(cè)定結(jié)果 A1.1量熱計(jì)熱容值，C=775.5J/°C A1.2試樣溫度，t=102.1°C。 A1.3試驗(yàn)后的試樣質(zhì)量，m=0.023 19kg。 A1.4量熱計(jì)溫度變化見表A1。表 A1量熱計(jì)的溫度變化 _______________________________________________________________________________時(shí)間第一階段時(shí)間第二階段時(shí)間第三階段 min溫度，° C min溫度，°C n min溫度，°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計(jì)算量熱計(jì)溫度修正值 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計(jì)算試樣的平均比熱容 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) ____________________附加說明：本標(biāo)準(zhǔn)由國家建筑材料工業(yè)局提出。本標(biāo)準(zhǔn)由會(huì)國纖維增強(qiáng)塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)由國家建筑材料工業(yè)局玻璃鋼研究設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)起草。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人施自強(qiáng)、雷國棟、劉建明。