TA热流计法表征真空绝热板（VIP板）的导热性能

关键词: 绝热材料，真空绝热板，导热系数，热流计法，Lasercomp，EKO

低温保冷能耗要求的进一步降低，促进了新型真空绝热材料的研发和应用，VIP（Vacuum Insulation Panel）真空绝热板的研发方兴未艾。导热系数，作为其最重要的性能，一直是研发的ZD。因为VIP板的极低导热系数，对导热系数测试结果的准确可靠性提出了挑战。TA仪器的Fox系列(原EKO系列)稳态热流计法导热仪，可以对VIP材料提供wan美的表征，可测导热系数范围低至0.001 W/(mK)，精密度+0.2%。

仪器方法

在绝热材料的研发和应用中，导热系数作为其主要的性能参数指标，需要准确的测量设备来表征。TA仪器的Fox系列热流计法导热仪，采用稳态法测量导热系数，符合ASTM C518和ISO 8301国际标准和GB/T 10295的国内标准，以产品的jing准性、耐用性和易用性享誉业界，拥有陶氏化学、拜耳、巴斯夫、Huntsman、杜邦、Shell以及Oak Ridge 国家实验室、英国NPL实验室等众多客户，也是国内各大科研机构和检测ZX的shou选设备。

Fox系列导热仪采用线性光学编码器，能够实现低至25 μm的厚度测量精度，仪器可以自动测量或预设样品厚度。独特的小于1mm薄膜热流传感器技术，能够提供真实的热流密度测量。

Fox系列提供真空或其它气氛测量配件，搭配使用涡轮分子泵，可以实现高达10-10 atm的高真空度。从而实现不同气压下对特殊材料如真空绝热板（VIP）或发泡材料的测量。

图1Fox 600的旋转配置和Fox200的真空配置

Fig. 1 Rotational system andVacuum configuration

Fox系列可配置自动进样器（ASF），可自动加载20个标准尺寸的样品，zui大限度地提高测试效率。仪器可以独立操作，也可以连电脑操作。

图2配有自动进样器的Fox 314

Fig.2 Fox 314 model with ASF

特别说明

研究者在查阅国外文献时，碰到的一个疑惑是，Fox系列属于Lasercomp公司，和TA Instruments是分列出来的。比如在2015年的文献：“Critical Review of Industrial Techniquesfor Thermal Conductivity Measurements of Thermal Insulation Materials，Int. J. Thermophys. ”中，是这么总结的：

这篇论文的递交日期是2014年，这一年，TA仪器（美国New Castle）并购了Lasercomp公司（美国Massachusetts），所以现在的叫法是TA Lasercomp。

Lasercomp以前的亚洲经销商是日本EKO公司，在ZG由五洲东方代理，研究者看到的型号是：EKO-HC-074。比如HC-074-200，那么对应的国际统一的型号是Fox 200。其中200的意思是样品室的ZD尺寸是200*200 mm。如Fox1000的意思是样品室的ZD尺寸是1000*1000mm。

超级纳米绝热材料

20世纪40年代，美国首次在绝热材料中引入纳米孔结构，50年代，美国制成小于空气导热系数的Min-K材料，主要成分为纳米级TiO₂、纤维、树脂等。上世纪末，美国生产出2～20nm的纳米孔硅质超级绝热材料产品，同时真空PU绝热材料问世，后又制成VIP真空纳米孔硅质超级绝热材料（图4），其导热系数为0.0036W/(mK)，不到空气导热系数0.02的1/5。

其主要通过四种途径来降低材料的导热系数。一是选择低导热的固体材料，降低固相的热传导；二是增加固相和气相之间的界面，尽可能的提高气孔率，这样可以增加界面对导热载体如声子的散射；三是降低气孔尺寸，进入纳米尺寸的气孔内的气体分子的平均自由程被限制，气体导热可以ZD限度的被YZ，降低气体导热。四是在配方中添加挡光剂，如ZrO₂等对光折射率较高的散射剂。

图3 超级绝热材料和VIP

Fig.3Super insulations and VIP

我们应用Fox200的真空系统测量了硅质VIP板的芯材在不同气压下的导热系数，结果见图4，图中气压为对数坐标。结果表明，芯材随着气压降低导热系数迅速降低。

图4VIP芯材在不同气压下的导热系数

Fig.4 Pressure dependence of VIPcore

参考文献

《ZG工程材料大典》第九卷，DY部分《绝热材料》 奚同庚，蔡岸， 2006，化学工业出版社

CriticalReview of Industrial Techniques for Thermal Conductivity Measurements of ThermalInsulation Materials，UlfHammerschmidt,etc. 2015, Int. J. Thermophys