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。