应用故事 | PE管材的导热性能测试Ⅰ
保温隔热管材可有效地减少管道内部的能量损失，对环境和资源的保护非常重要。而导热系数则是评估管材保温隔热能力的重要参数指标。对于管状绝热材料导热性能的测试，如果以测试结果来代表产品的最终使用性能，通常应该由管状测试装置测定，而不是采用防护热板或者热流计装置来测定。因此，本文通过采用耐驰Taurus的保护热管导热仪TLR 1000对某客户的PE管材样品进行了测试。
仪器：NETZSCH Taurus TLR 1000
加热管直径：18mm
样品：长度为1000 mm的 PE管材
测试方法：分别在加热管和样品管表面上各固定8个温度传感器，并将其放入仪器测试腔内，在TLR软件上设置好样品参数和温度程序，即可等待测试进行。
图1 TLR 1000测试设备
在实际测试过程中，样品和加热管尺寸会存在不一致的现象，即样品内径大于加热管直径（存在空气间隙）或者样品内径小于加热管直径（样品无法套在加热管表面）。在本文中，主要讨论样品内径小于加热管直径的情况。因此，我们先选用内径为18mm的样品管测试，以匹配加热管；其次，当样品管内径小于加热管直径时，对样品管径向进行切割后套在加热管上（图2，具有10 mm间隙）直接进行测试；最后，针对样品管内径较小时，取同样PE管材对间隙进行填补后（图3，无间隙）再进行测试。
图2 套在加热管上具有间隙的PE管材
图3 套在加热管上填补间隙后的PE管材
上述不同条件下测试的PE管材的导热系数值如图4所示，其中蓝色点实线ideal表示无任何处理的完美匹配加热管的样品，蓝色点虚线close gap表示经过填补间隙的样品，而黑色点实线gap 10 mm表示具有间隙的样品。从图中可以看出，和预期的大部分保温材料的导热系数趋势一样，PE管材的导热系数值随着温度的升高而增大。
图4 PE管材在不同温度下的导热系数
此外，三种不同处理方式得到的导热系数值及与无处理样品的偏差值如表1所示。当PE管材样品的内径与加热管直接相匹配时，样品在15℃、35℃和65℃条件下分别对应的导热系数值为0.0361 W/(m·K)、0.0395 W/(m·K)和0.0437 W/(m·K)；而当样品管被切割套在加热管上并存在10 mm的间隙时，相同温度条件下的导热系数值分别为0.0392 W/(m·K)、0.0424 W/(m·K)和0.0457 W/(m·K)，与无任何处理的样品导热系数偏差分别为8.6%、7.3%和4.6%。这是由于间隙的存在，使得测试过程中气相传热的额外贡献增大，从而使得导热系数具有较大的偏差。
最后，我们从表1中还可以发现，经过填补处理后的样品的导热系数与未处理的原始样品的测量结果比较接近，两者偏差相对较小（最大偏差为3.3%）。因此，该处理方法为管材样品的测试提供了一种新的思路，从而有助于测试人员在加热管条件有限的情况下测试不同内径尺寸的保温管材。
表1: 不同温度下的PE管材的导热系数，及与无处理样品的偏差
本文通过使用保护热管导热仪TLR 1000，可以直接测试并得到样品的导热系数值。该结果随着温度的升高而增大，并且可作为产品的最终使用性能，具有非常重要的现实意义。当样品内径小于加热管直径时，如果对样品进行处理时存在间隙，则会造成比较大的测量误差；而将间隙进行填补后，可显著降低测量误差。因此在实际测试过程中，需要认真选择合适的样品处理方法，从而得到更精准的测量结果。
作者
曾凡鑫
耐驰仪器公司应用实验室
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