工業(yè)用絕熱制品 熱膨脹系數(shù)的測定 光學(xué)法-編制說明

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)用絕熱制品熱膨脹系數(shù)的測定光學(xué)法》編制說明工作簡況1.1任務(wù)來源在能源日漸緊張的今天，提高能效、降低能耗是我國一項重要任務(wù)，絕熱材料作為一種良好的節(jié)能材料，正在各領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越大的作用。然而在保溫節(jié)能的同時，保溫材料在不同溫度下的線性變化和各種保溫材料之間對熱的反應(yīng)的匹配性極大地影響了保溫效果。例如在常溫下安裝的保溫材料，當(dāng)升到某個使用溫度后，材料在長度、寬度和厚度方向都會發(fā)生一定的線性變化。如果沒有很好地預(yù)測出這種變化或預(yù)測的與實際相差太大，在實際使用中就會產(chǎn)生保溫層破壞導(dǎo)致熱能源損耗的后果。如果同時使用幾種不同特性的保溫材料，在某個使用溫度下，這幾種不同特性的保溫材料會發(fā)生不同程度的收縮或膨脹，如果收縮或膨脹相差較大，那么會發(fā)生保溫層破壞從而降低保溫效果的情況。因此如果能夠通過測試手段來預(yù)測保溫材料在某個溫度下的線膨脹系數(shù)，將會指導(dǎo)實際的保溫工程，真正起到節(jié)能保溫的作用。目前，國內(nèi)有GB/T34183-2017《建筑設(shè)備及工業(yè)裝置用絕熱制品熱膨脹系數(shù)的測定》，國外有ISO18099：2013《建筑設(shè)備和工業(yè)裝置用絕熱產(chǎn)品熱膨脹系數(shù)的測定》、ISO23766：2022《工業(yè)用絕熱制品低溫?zé)崤蛎浵禂?shù)的測定》。其中，國際標(biāo)準(zhǔn)ISO18099：2013和GB/T34183-2017《建筑設(shè)備及工業(yè)裝置用絕熱制品熱膨脹系數(shù)的測定》標(biāo)準(zhǔn)等同，均是測量溫度在196℃～850℃范圍內(nèi)絕熱制品的熱膨脹系數(shù)，適用范圍和試驗方法等相同。傳統(tǒng)的頂桿法是通過推桿與樣品接觸得到被測樣品在加熱時長度隨溫度的變化來測得材料的熱膨脹系數(shù)。這種測量方法雖然目前已經(jīng)可以得到很高的精度，但由于推桿與樣品的接觸存在相互作用力，對于測量有高溫流變或者在過冷液相區(qū)的大塊非晶樣品，會因樣品變形而造成測量失真。頂桿法測量的樣品小，且只能測剛性材料，對于柔性材料、大尺寸測試無能為力。本次制定的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)采用了新方法——光學(xué)法，該方法具有非接觸式、高精密度、適應(yīng)性光等特點，測試溫度范圍可由-150℃至600℃，其使用高性能GaNLED光源和準(zhǔn)直透鏡給出平行光束，經(jīng)過樣品后，由高分辨度的傳感器測得樣品的“影子”變化，分度值可達(dá)50nm/0.1℃。標(biāo)準(zhǔn)制定后將給出新的測定方法，將提高我國對熱膨脹系數(shù)的測試和評價能力。1.2編制過程鑒于以上情況，南京玻璃纖維研究設(shè)計院有限公司于2021年底向CSTM/FC03/TC05絕熱及吸聲材料標(biāo)準(zhǔn)委員會提出了《工業(yè)用絕熱制品熱膨脹系數(shù)的測定光學(xué)法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)計劃。2022年1月，絕熱及吸聲材料標(biāo)準(zhǔn)委員會向CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會申報該項團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)建議。2022年3月25日，CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會發(fā)布材試標(biāo)字〔2022〕028號文“關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)用絕熱制品熱膨脹系數(shù)的測定光學(xué)法》的立項公告”，下達(dá)了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定計劃《工業(yè)用絕熱制品熱膨脹系數(shù)的測定光學(xué)法》，計劃號：CSTMLX030500896-2022，由南京玻璃纖維研究設(shè)計院有限公司（以下簡稱南京玻纖院）負(fù)責(zé)起草。起草單位在計劃下達(dá)后，組建了標(biāo)準(zhǔn)編制小組，編寫了草案，并于2022年8月10日在南京召開工作組會，對標(biāo)準(zhǔn)草案、驗證試驗情況進(jìn)行了討論，并提出了部分修改意見。標(biāo)準(zhǔn)編制組根據(jù)會議精神以及成員意見進(jìn)行了驗證試驗的補(bǔ)充，并對標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行了修改，最終形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。標(biāo)準(zhǔn)的編制原則、主要內(nèi)容和工作2.1編制原則標(biāo)準(zhǔn)文本按照GB/T1.1-2020給出的規(guī)則進(jìn)行編制。標(biāo)準(zhǔn)文本的編寫格式依照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》。本著保證測量方法技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則來開展本標(biāo)準(zhǔn)研制工作，根據(jù)測量方法的實際運(yùn)用，進(jìn)行針對性試驗，并依據(jù)驗證試驗結(jié)果對方法進(jìn)一步調(diào)整，兼顧測量方法的合理性和先進(jìn)性，確保測量方法在使用過程中達(dá)到其使用目的。力求制定的標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足熱膨脹系數(shù)測量的實際需求，并促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。2.2主要內(nèi)容本文件規(guī)定了測定熱膨脹系數(shù)的方法。本文件適用于絕熱材料，溫度范圍為-196℃~800℃，且不超過絕熱制品的使用溫度限。本標(biāo)準(zhǔn)不適用于在試驗過程中由于結(jié)合水損失或其他相變而產(chǎn)生尺寸變化的制品。2.3主要工作2.3.1國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研情況國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)目前國內(nèi)外有關(guān)熱膨脹系數(shù)測定的標(biāo)準(zhǔn)主要有4個：序號標(biāo)準(zhǔn)號標(biāo)準(zhǔn)名稱（英文）標(biāo)準(zhǔn)名稱（中文）標(biāo)準(zhǔn)出處/適用材料/溫度范圍1GB/T34183-2017Thermalinsulatingproductsforbuildingequipmentandindustrialinstallations-Determinationofthecoefficientofthermalexpansion建筑設(shè)備和工業(yè)裝置用絕熱產(chǎn)品熱膨脹系數(shù)的測定國家標(biāo)準(zhǔn)/內(nèi)容與ISO18099：2013等同2ISO23766:2022Thermalinsulatingproductsforindustrialinstallations—Determinationofthecoefficientoflinearthermalexpansionatsub-ambienttemperatures工業(yè)用絕熱制品低于環(huán)境溫度的線膨脹系數(shù)的測定ISO組織/工業(yè)用絕熱產(chǎn)品/-196℃~25℃3ISO18099：2022Thermalinsulatingproductsforbuildingequipmentandindustrialinstallations-Determinationofthecoefficientofthermalexpansion建筑設(shè)備和工業(yè)裝置用絕熱產(chǎn)品熱膨脹系數(shù)的測定ISO組織/建筑設(shè)備和工業(yè)裝置用絕熱產(chǎn)品/-196℃~850℃4ISO4897:1985Cellularplastics--Determinationofthecoefficientoflinearthermalexpansionofrigidmaterialsatsub-ambienttemperatures泡沫塑料低溫下的硬質(zhì)材料線性熱膨脹系數(shù)的測定ISO組織/適用于硬質(zhì)泡沫塑料/低溫標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容分析國際標(biāo)準(zhǔn)ISO23766:2022Thermalinsulatingproductsforindustrialinstallations—Determinationofthecoefficientoflinearthermalexpansionatsub-ambienttemperatures標(biāo)準(zhǔn)草案中針對工業(yè)用絕熱制品給出了兩種測量熱膨脹系數(shù)的方法——光學(xué)法和位移法，適用溫度為：-196℃~25℃：光學(xué)法該方法通過測量CCD探測器上樣品的陰影來測量一個方向上樣品的絕對尺寸的大小。

高強(qiáng)度的GaNLED發(fā)出平面光，通過一個擴(kuò)散單元和準(zhǔn)直透鏡，產(chǎn)生高度均勻的、短波平面光。該光的一部分被樣品阻擋。有陰影的光束通過遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)處理，并由高分辨率的CCD探測器記錄。數(shù)字邊緣檢測自動確定陰影的寬度，進(jìn)而測定樣品的尺寸。位移法測試系統(tǒng)通過將被測材料放在加熱爐體內(nèi)，隨著溫度升高，材料受熱膨脹后膨脹量通過頂桿將膨脹量傳遞到位移傳感器上，位移傳感器器所測得的位移量就是材料熱膨脹變化的位移量。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO18099：2022Thermalinsulatingproductsforbuildingequipmentandindustrialinstallations-Determinationofthecoefficientofthermalexpansion標(biāo)準(zhǔn)草案中針對建筑設(shè)備和工業(yè)裝置用絕熱產(chǎn)品給出了一種測量熱膨脹系數(shù)的方法。適用溫度為：-196℃~850℃。該方法是通過推桿與樣品接觸得到被測樣品在加熱時長度隨溫度的變化來測得材料的熱膨脹系數(shù)。這種測量方法雖然目前已經(jīng)可以得到很高的精度，但由于推桿與樣品的接觸存在相互作用力，對于測量有高溫流變或者在過冷液相區(qū)的大塊非晶樣品，會因樣品變形而造成測量失真。該方法測量的樣品小，且只能測剛性材料，對于柔性材料、大尺寸測試無能為力。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4897：1985Cellularplastics--Determinationofthecoefficientoflinearthermalexpansionofrigidmaterialsatsub-ambienttemperatures標(biāo)準(zhǔn)草案中針對硬質(zhì)泡沫塑料給出了兩種種在低溫條件下測量熱膨脹系數(shù)的方法，不適用于柔性材料。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T34183-2017建筑設(shè)備和工業(yè)裝置用絕熱產(chǎn)品熱膨脹系數(shù)的測定 標(biāo)準(zhǔn)草案中給出的測量方法與ISO18099:2013等同。2.3.2標(biāo)準(zhǔn)驗證試驗標(biāo)準(zhǔn)編制組收集了全國生產(chǎn)實力排前，檢測和研究實力都相對較強(qiáng)的企業(yè)的驗證樣品，并開展了驗證試驗工作。這些企業(yè)基本代表了我國保溫材料的生產(chǎn)水平，樣品具有廣泛的代表性。根據(jù)實際調(diào)研和驗證試驗，證明了光學(xué)法能夠很好地測量保溫材料在低溫條件下的熱膨脹系數(shù)，能夠更加精準(zhǔn)地預(yù)測設(shè)備保溫效果，減少熱損失。三、標(biāo)準(zhǔn)中如果涉及專利，應(yīng)有明確的知識產(chǎn)權(quán)說明本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專利。四、產(chǎn)業(yè)化情況、推廣應(yīng)用論證和預(yù)期達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效果等情況通過本標(biāo)準(zhǔn)的制訂，將對保溫材料在實際應(yīng)用溫度下的線性尺寸變化有個預(yù)測，對更加精準(zhǔn)地進(jìn)行設(shè)備保溫有較好的預(yù)測作用，能夠提高保溫效果，減少熱損失。標(biāo)準(zhǔn)制定后將給出新的測定方法，將提高我國對熱膨脹系數(shù)的測試和評價能力。五、與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況目前，國內(nèi)有GB/T34183-2017《建筑設(shè)備及工業(yè)裝置用絕熱制品熱膨脹系數(shù)的測定》，國外有ISO18099：2013《建筑設(shè)備和工業(yè)裝置用絕熱產(chǎn)品熱膨脹系數(shù)的測定》、ISO23766：2022《工業(yè)用絕熱制品低溫?zé)崤蛎浵禂?shù)的測定》。其中，國際標(biāo)準(zhǔn)ISO18099：2013和GB/T34183-2017《建筑設(shè)備及工業(yè)裝置用絕熱制品熱膨脹系數(shù)的測定》標(biāo)準(zhǔn)等同，均是測量溫度在196℃～850℃范圍內(nèi)絕熱制品的熱膨脹系數(shù)，適用范圍和試驗方法等相同。本標(biāo)準(zhǔn)將等同采用ISO23766中光學(xué)法的部分。六、與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致，無