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非金属固体材料导热系数的测量
山
东
大
学
学生物理实验报告
实验项目：不良导体导热系数测量方法及仪器
完成人：韩益洪
学号：201300181051
学院：电气工程学院
前言
本文介绍了导热系数测量的基本理论与定义，热线法、激光法、动态测量法等几类测量方法的原理与应用，以及德国耐驰公司（NETZSCH）的相关仪器。
在某些应用场合，了解材料的导热系数，是测量其热物理性质的关键。例如，耐火材料常被用作炉子的衬套，因为它们既能耐高温，又具有良好的绝热特性，可以减少生产中的能量损耗。航天飞机常使用陶瓷瓦作挡热板。陶瓷瓦能承受航天飞机回到地球大气层时产生的高温，有效防止航天器内部关键部件的损坏。在现代化的燃气涡轮电站，涡轮的叶片上的陶瓷涂层（如稳定氧化锆）能保护金属基材不受腐蚀，降低基材上的热应力。有效的散热器能保护集成电路板与其它电子设备不受高温损坏，散热材料已经成为微电子工业领域关键材料。
在过去的几十年里，已经发展了大量的导热测试方法与系统。然而，没有任何一种方法能够适合于所有的应用领域，反之对于特定的应用场合，并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于材料的导热系数范围与样品特征，选择正确的测试方法。
1.热线法测量不良导体导热系数
用热线法测量不良导体导热系数是一种广泛使用的方法，国家对此制定了标准——“非金属固体材料导热系数的测定——热线法”（GB/T 10297-1998）。基本原理如图1所示，在匀质均温的物体内部放置一电阻丝，即热线，对其以恒定功率加热时，热线及其附近试样的温度将随时间变化。根据时间与温度的变化关系，可以确定该试样的导热系数。[1] [原理简述]
由热传导理论[2]可知，恒定功率的热线对匀质物体进行热传导时，可以用一维柱坐标系的
热传导方程对物体的温度场进行描述：（1）边界条件为：
根据热传导方程和边界条件得到：其中各物理量含义为，t：热线的加热时间，单位为s；r：距热线的距离，单位为m；q：热线单位
长度的加热功率，单位为W/m；：加热时间t，距离热线距离r处的温升，单位为K；α：试样的热扩散率，单位为m2/s；λ：试样的导热系数，单位为W/（m·K），对于非金属固体材料，该系数一般小于2 W/（m·K）。
假设，即r→0或αt→∞，利用Euler公式，忽略展开后二次项以后
的各项。如果
在不同时间t1、t2，测的同一点r处的温升为，则：
（4）根据上式可以得到试样的导热系数
（5）式中，I、U分别热线的通电电流（单位为A）和电压（单位为V），L为有效加热长度（单位为m）。因此，当等时间间隔测量试样的温升时，ln(t2/t1)和
呈线性关系，据此计算试
样的导热系数。
[实验设计]
实验装置如图2所示。试样为环氧树脂，有效长度220mm，直径28mm。加热丝为钨杆，直径1mm，RWu=0.01650Ω，加热电流3~5A。温度测量利用电阻——温度系数（αR=0.00393℃
-1）
线性比较好的铜丝进行，关系式
为：
RCu=R0(1+αR t) （6）
R0为0℃时的电阻值。铜丝直径0.21mm，为保证基本不产生热效应，宜选择小工作电流（<2mA），当试样温度变化时，铜丝电压也随之变化。增加铜丝绕制匝数或减小直径，可以获得较大变化的电压值。
[实验步骤]
1．由于热丝加热和铜丝电阻测量均采用恒流供电，因此要确定工作电流大小。特别注意：调节电流时，恒流源不能开路调节（否则Pout
2．将加热丝和采样小电阻串入大电流恒流源，120mV电压表检测大恒流源输出和加热丝工作状态（实验要求加热功率变化小于±1%）。将测温铜电阻和采样大电阻串入小电流电路，120mV电压表检测小恒流源输出和铜丝电阻变
化。3．确定各连线没有问题后，先接通测温电路，再接通加热电路，稳定10分钟左右后开始记录数据，时间间隔自定，电流稳定性观测间隔约5~10分钟，铜丝电阻测量一般取2~5分钟记录一点，工作过程1~1.5小时。尽可能保持环境稳定。[数据处理] 1．数据记录初始温度t=___℃；单位时间间隔的加热电流、电压，铜丝电流、电压；结束温度t=___℃2．实验报告要求：
1) 记录实验仪器规格。
2) 根据初始时环境温度，铜丝的电阻——温度系数、电流和电压值确定的铜丝的R0。3) 写出求解环氧树脂导热系数的过程（包括公式推导、数据代入过程等），可以用坐标纸或计算机处理数据。
4) 分析加热功率是否满足波动小于±1%。
5) 分析改变实验条件，如加热电流、测温电流等，对实验数据的影响。6) 总结实验的特点及可能产生误差的原因，解决设想。
7) 你是否愿意将此实验该为计算机采集？请与老师联系
E-mail: gpl@https://www.doczj.com/doc/5b14006214.html,
参考文献
1．国家质量技术监督局，“非金属固体材料导热系数的测定——热线法”（GB/T 10297—1998）。2．奥齐西克编著，俞昌铭译，《热传导》，高等教育出版社，1983。3．朱鹤年编著，《物理实验研究》，清华大学出版社，1994。
2.闪光法测不良导体热导率
摘要：本实验使用闪光法热导仪测量不良导体热导率，重点介绍了一种测定材料热物性参数的方法，并依据该方法进行材料热导率的测量。
关键词：闪光法不良导体热导率
1实验目的
1、测定不良导体热导率；
2、了解一种测定材料热物性参数的方法；
3、了解热物性参数测量中的基本问题；
4、学习使用高压脉冲光源和光路调节技术以及用微机控制实验和采集处
理数据
2 基本知识
1、热传导
指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程。其微观机制是，由自
由电子或晶格振动波作为载体进行热量交换的过程。宏观上是由于物体内部存在温度梯度，发生从高温区向低温区域传输能量的过程。
2、热导率
是反映物质导热能力的重要物性参数，其数值是每单位时间内，在每单位长度上温度降低1摄氏度时，每单位面积上通过的热量。
3、稳态发和非稳态法
测固体材料热导率的方法大体有两类：一类是稳态法，另一类是非稳态法。
由于试样的性质、形状、测试温度范围、加热方式以及测定传递热量的方法各不相同，又有许多不同的具体方法。非稳态法用的是非稳态导热微分方程，测量的量是温度随时间的变化关系，得到的是热扩散率，利用材料的已知密度和比热容，可以求得热导率。本试验中使用的闪光法就是非稳态法的一种。
3实验原理
1、傅立叶导热定律和热导率
利用热流密度的矢量形式表示，有傅立叶导热定律：q=-λgrad T其中q为热流密度矢量，表示在单位等温面上沿温度降低方向单位时间内传递的热量。λ为热导率。
2、材料热导率的测量方法
闪光法工作环境及原理：在一个四周绝热的圆形薄片正面，辐照垂直于圆片正面的均匀脉冲光，测出一维热流条件下试样背面的温升曲线，有
曲线找出最大温升的一半（T
1/2）所对应的时间（t
1/2
），就可确定热扩散率
α，进而再由次材料的比热容c、密度ρ即可算出热导率λ。
热导率计算公式：λ=1.38ρcL2/π2 t
1/2
（★）下图为闪光法原理图
图1闪光法测扩散率α的原理图
4 实验仪器
仪器包括闪光法热导仪（包括高压脉冲氙灯和光源、光学调节系统、待测样品、P-N结温度传感器、放大电路、AD/DA卡、微机、软件等）。
本实验装置分为三部分：①光学系统②测温系统③数据采集和处理系统。装置框图见图2所示。
图2 测量系统示意框图
1、光学系统
包含高压脉冲氙灯，氙灯电源，椭球反光镜，样品和样品盒，氙灯及样品的三维调节装置。实验所用的高压脉冲氙灯形状为直管式。当电极两端加高压600-1000V，极间放电，发出耀眼的白光。本实验就是利用氙灯的瞬间放电对试样进行加热。
2、测温系统
它的作用是将其对温度变化的响应以电压形式输出。为了能被微机识别，需将输出信号放大。两只温度传感器的作用分别是作为测温元件和用于补偿电路中。放大电路中所用放大器为低噪声场效应运算放大器，信噪比较高，试样为酚醛胶布板、大理石、瓷砖。
3、数据采集和处理系统
实验中利用D/A转换功能触发光脉冲，同时用A/D转换功能采集由PN结温度传感器接收到的样品背面的温升信号，由微机屏幕显示出温升曲线。
5 实验内容及设计
步骤：
（1）观察光学系统的结构以及测量系统的接线。因属光学精密仪器，不得擅自调节！
（2）开启微机，进入“TC-II闪光法热导仪实验系统”。先在主菜单中选择“文件”项，在“文件”菜单中选“新建”项，再选择主菜单中“数据”项中的“选项”，设置AD/DA参数。一般基本项都已设置好，只选“采样极性”，通常为“双极性”。再选“采集与报警”，只要给定“采集时间”并设定“外触发脉冲”的电压值为0V。确定后，再打开主菜单的“数据”，选“开始采集”，则系统在指令发出后延迟2s，自动采集数据，因未触发高压脉冲，此数据为无效数据。
（3）开启高压脉冲电源，将电压调到600V。
（4）重复步骤（2），只需将“外触发脉冲”的电压值调节为5V，系统会自动触发高压脉冲，电源给氙灯加一高压，氙灯闪光，窗口中显示出实时采集的图像，这就是样品背面采集的温升曲线（见图3）。
图3 样品背面采集的温升曲线
（5）重复测量待测样品的温升曲线，每隔10分钟测一次，共测三次，求出t
1/2
的值。样品的厚度分别为：酚醛胶布板3.01±0.01mm、大理石2.94±0.02mm、瓷砖2.92±0.02mm。计算试样材料的热导率λ。密度和比热容可利用表1给出的标准值。
（6）对同一样品在不加热的情况下取其“温升-时间”曲线，观察由于环境温度的波动、二极管本身的热噪声等因素对测量结果的影响，给出评价。
6实验数据及分析
1、数据处理
（1）直接从数值矩阵中读取T
0（样品初始温度）和T
m
（样品最大温升），算
出(T
0+ T
m
)/2，再用光标及数值矩阵中读取相应的t
1/2
‘，计算t
1/2
；
（2）用“数据拟合”功能对数据进行多项式拟合，从拟合曲线上求出t
1/2
，
与（1）中计算出的t
1/2
比较。
由于三号微机无法存取图像，故本实验取大理石样品实验数据中的两组以及酚醛胶布板样品中的一组进行处理得表2
（3）由t 1/2 及λ、ρ、c 、L
计算λ
本实验取大理石的厚度为0.294cm ，取酚醛胶布板的厚度为0.301cm 带入公式（★）计算得到表3，以便比较
图4 酚醛胶布板原始数据、数据拟合、散热修正比较 2、数据分析
（1）由表2知大理石的两组实验的原始数据中的数据比较接近，每组中的原始数据和散热修正结果得到的t 1/2比较接近而与数据拟合结果相差较多，两组数据均表现为原始数据最小， 数据拟合结果最大，两者的差值较大，并且两组数据的拟合结果相同。酚醛胶布板原始数据、数据拟合及散热修正间所得t 1/2呈递增关系
（2）由表3知原始数据得到的热导率值较大，散热修正次之，拟合之后的最小。酚醛胶布板原始数据、数据拟合及散热修正间所得热导率均有一定偏差，且呈递减关系，但应在精确度范围内。
（3）大理石和酚醛胶布板的散热修正与原始数据的差异关系应与仪器有关，由于本实验使用了两台仪器，故显示的关系不太一致；大理石和酚醛胶布板热导率
原始数据
数据拟合
散热修正
差一个量级
7 实验误差分析
1、仪器本身的精密度;
2、外部环境的干扰;
3、实验组次少
4、计算中的传递误差;由于本次试验组次少，故没有进行不确定度的计算，且大理石的厚度并不是一个确值
5、测温温度传感器热噪声的影响
6、实验过程中的热量损失
7、所选曲线并不能很好的体现材料的热扩散率，因为曲线尾部并不呈抛线状而是呈一定的平滑状，虽然所选的两组数据是所有组次中效果最好的，但对最值的读取还是有一定的影响
8、实验过程中不能很好的把握样品和氙灯电源的距离对实验结果的影响，所以得到的曲线干扰较多
8 参考文献
[1]大学物理综合设计实验，中国海洋大学物理实验教学中心
3.动态（瞬时）测量法
动态测量法是最近几十年内开发的导热系数测量方法，用于研究中、高导热系数材料，或在高温度条件下进行测量。动态法的特点是精确性高、测量范围宽（最高能达到 2000℃）、样品制备简单。
①、瞬时平面热带法(THS)
1.1实验装置如图l所示，与稳态法不同的是此装置的
热源是用一金属镍箔做成的条状元件即金属热带，此元件在
有脉冲电流输入时有一瞬时温升，元件上温度变化后其阻值
会发生变化，因而，此带既被用作热源又被用作温度传感元
件，其形状如图1．o所示，尺寸为：80mm×4．15姗×O．0085mm，
金属热带被安置在两待测的扁平厚片试样之间(如图1．6)，
金属带上冲压出两引线端用于元件接入电路中(如图1．c)。
1.2实验原理本实验加热时，输入元件的是一脉冲电流，
持续时间(也
是测量时间)通常是几秒，实验时仅需记录一下电流脉冲通
过时加热条带元件两端的电压(电阻／温度)变化。在瞬时记
录期间，金属带的电阻变化近似值由下式给出：
R(t)=Ro[1+a△T(t)]
(1)
而Ro是瞬时记录开始前条带的电阻值，a是带的电阻温度系数值，△r(f)是元件上温度随时间变化的函数，△T(t)=T(t)一T(0)．
由热传导方程：
这里是拉普拉斯算子，t为时间，k为热扩散系数。
因为加恒定电流的时间很短(几秒)，样品有一定厚度，在这样短暂的时间内，金属带所获得的热量不可能传至样品外，此外金属带有足够长度，因此可以理想成为无限长的金属热带在无限大介质中的热传导问题，其解为：
（3）
其中，
，Po是热源总输出功率，2h是金属带的长度，2d是带的宽度，h》d，且
（4）
式Ei和erf分别是指数幂积分函数和误差函数：
实验测量获得△R(t)，由(1)式求得△T(t)，代人(3)、(4)、(5)即可求出热扩散系数k，c和导热系数λ。
这个实验的物理意义是：当金属带通过恒定的电流温度上升，而温度的变化是和金属带
两边样品的热传导系数密切相关，显然样品的导热系数越大，温度上升越慢。由(1)式可知测出电阻随时间的变化值△R(t)=αRoT(t)，即可从△T(t)的变化求出导热系数λ和热扩散系
数κ。
1.3电路设计
本测量电路如图2所示，使用一电桥，输入一
电压值可调的稳压源，从实验的角度讲，衡量
一个电路设计好坏标准为保证工作电流变化
在1％以内，此惠斯顿桥的桥臂上电阻值与总
电阻之比为1／100，以保证有99％的电流脉
冲通过传感器，I1=[q／(q+1)]，(q是两桥臂
的电阻之比值，q=100)，电路中使用数字电压
表D聊监控通过桥的电压变化，较小的指针偏
移能指示电流的流向(图中Rl为接触电阻、Rs
是一标准电阻)。从图中可见通过监测△U(t)
的变化，即可求得金属带两端电压的变化，从而推出△R(t)．
1.43 采用基于Labview的虚拟仪器
为实现数据采集及数据处理自动化，
此装置采用虚拟软件开发平台Labview
编写应用程序实现数采卡与计算机链接，
数采卡采用实验室现成的ADLINK公司生
产的PCI9812卡采集△U(￡)电压信号，
该卡有4通道的模拟输入，最高采样频
率为20MHZ，此卡带有Labview开发的驱
动程序，其中有几十个适于不同功能缝
用的w，选择其中的一种编写应用程序，
实现对一个通道采集数据，并以采集到
的数据通过编程作相应的函数运算(其
有面板(Panel)如图3所示)，在此面板
上输入该样品的一些参数如：密图3测
试面板图度、比热，选择采样频率、触
发方式等采佯参数，启动采集程序后直
接获得该被测样：品的导热系数值。
①、热线法
热线法是在样品（通常为大的块状样品）中插入一根热线。测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。测量热线本身或与热线相隔一定距离的平板的温度随时间上升的关系。测量热线的温升有多种方法。其中交叉线法是用焊接在热线上的热电偶直接测量热线的温升。平行线法是测量与热线隔着一定距离的一定位置上的温升。热阻法是利用热线（多为铂丝）电阻与温度之间的关系测量热线本身的温升。一般来说，交叉线法适用于导热系数低于 2W/m·K 的样品，热阻法与平行线法适用于导热系数更高的材料，其测量上线分别为 15 W/m·K 与 20W/m·K。
测试温度范围为室温至 1500℃。测试时将样品加热到所需的温度，待样品温度稳定后，就能开始进行热线测量。这一方法能够测量体积较大的样品。
常用材料的导热系数表
材料的导热率 傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q Q: 热量，W；K: 导热率，W/mk；A：接触面积；d: 热量传递距离；△T：温度差；R: 热阻值 导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并，可以得到 K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。 但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。 根据R=A△T/Q这个公式，理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是：接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。
实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。 所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。 通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。 而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。 傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。总之： a. 同样的材料，导热率是一个不变的数值，热阻值是会随厚度发生变化的。 b. 同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的
稳态双平板法测定非金属材料的导热系数
第二节 稳态双平板法测定非金属材料的导热系数 一、实验内容 以无限大平板的导热规律为基础，利用NK Ⅲ-200型双试件导热率测定装置、双路直流稳压电源、恒温水浴和测试系统用稳态双平板法测定非金属材料的平板两侧的大致的温度值，结合傅里叶定律，导出平均温度下的平均导热系数λm ，确立导热系数和温度之间的关系。 二、实验原理 双平板法是以无限大平板的导热规律为基础的。设有一块厚度为δ，导热系数为λ = A + Bt 的无限大平板，一侧以恒定流密度q （W/㎡）加热，平板两表面的温度分别保持恒等于t 1和t 2 。 如图1所示。根据付立叶定律，描写板内温度场的导热微分方程式为 dx dt Bt A dx dt q )(+-=-=λ (1) 相应 x = 0处,t = t 1 x =δ处,t = t 2 (2) 积分（1）式并代入（2）式的边界条件，则得 12122t t t t q A B δ+-? ?=+???? ? （3） 令 m m Bt A t t B A +=++=2 2 1λ （4） 即在平均温度t m =(t 1+t 2)/2的条件下，板材的导热 系数等于在t 1和t 2间材料的平均导热系数λm 。 图 1 平板导热原理图 (4)式则写为 δ λ) (21t t q m -= (5) 如果是为了确定板材的导热系数，则需在热稳定时，测出加热（或冷却）平板一侧的恒热流 密度q （W/m 2 ）和温度t 1、t 2，依据(5)式便可得板材的平均导热系数： 2 1t t q m -= δ λ (6) 三、实验设备 如图2所示，它包括NK Ⅲ-200型双试件导热率测定装置、双路直流稳压电源、恒温水浴和测试系统。NK Ⅲ-200型双试件导热率测定装置为对称的双平板结构，它的中央为圆形主加热器，其周围为环形辅助加热器，它们均为薄片型加热器，由电阻带均匀绕成。二者共平面，其之间有一小的环形隔缝。在主、辅加热器上，各放置由导热系数较大的黄铜做的圆形均热板。主、辅均热板也是同厚度共平面，二者之间有1㎜的环形隔缝。实验时将两块直径均等于环形辅助加热器均热板外径相等厚度的同种试件分别置于两侧的均热板上。并在每块试材的另一面各安置一个圆盘形冷却器，最后从两个方向用力将它们压紧以减少各交界面上的接触热阻。一台超级恒温水浴向两个冷却器并联供给恒温水。冷却器内有盘香形小槽，恒温水沿槽盘旋流动，以便保持两块试材的冷却面具有相同的温度。双路直流稳压器分别对
导热系数测量
导热系数测量 在某些应用场合，了解陶瓷材料的导热系数，是测量其热物理性质的关键。陶瓷耐火材料常被用作炉子的衬套，因为它们既能耐高温，又具有良好的绝热特性，可以减少生产中的能量损耗。航天飞机常使用陶瓷瓦作挡热板。陶瓷瓦能承受航天飞机回到地球大气层时产生的高温，有效防止航天器内部关键部件的损坏。在现代化的燃气涡轮电站，涡轮的叶片上的陶瓷涂层（如稳定氧化锆）能保护金属基材不受腐蚀，降低基材上的热应力。作为有效的散热器能保护集成电路板与其它电子设备不受高温损坏，陶瓷已经成为微电子工业领域关键材料。若要在和热相关的领域使用陶瓷材料，则要求精确测量它们的热物理性能。在过去的几十年里，已经发展了大量的新的测试方法与系统，然而对于一定的应用场合来说并非所有方法都能适用。要得到精确的测量值，必须基于材料的导热系数范围与样品特征，选择正确的测试方法。 基本理论与定义 热量传递的三种基本方式是：对流，辐射与传导。对流是流体与气体的主要传热方式，对固态与多孔材料传热不起重要作用。 对于半透明与透明陶瓷材料，尤其在高温情况下，必须考虑辐射传热。除了材料的光学性质外，边界状况亦能影响传热。关于辐射传热方式的详细介绍见文献一(1)。 对于陶瓷材料而言传导是最重要的传热方式。热量的传导基于材料的导热性能——其传导热量的能力(2)。厚度为x 的无限延伸平板热传导可用Fourier 方程进行描述（一维热传递）： Q = -λ·△T／△x Q 代表单位表面积在厚度(△x)上由温度梯度(△T)产生的热流量。两个因子都与导热系数（λ）相关联。在温度梯度与几何形状固定(稳态)的情况下，导热系数代表了需要多少能量才能维持该温度梯度。 在对建筑材料（如砖）与绝热材料进行表征时，经常用到k 因子。k 因子与材料的导热系数和厚度有关。 k –value = λ/ d 这一因子并不能用来鉴别材料，而是决定最终产品厚度的决定因素。 现代电子元件与陶瓷散热器上通常发生的是动态（瞬时）过程。需要更复杂的数学模型描述这些动态热传递现象，在此不做讨论。
非金属材料论文
本科课程论文 题目特种加工 学院工程技术学院 专业机械制造及其自动化 年级2014 学号 姓名 指导教师 成绩_____________________ 2016年11 月16 日
目录 摘要 (1) 1前言 (1) 2塑料的利弊 (1) 2.1塑料的优点 (1) 2.1.1耐磨性 (1) 2.1.2密度与比强度 (1) 2.1.3热性能 (2) 2.1.4电性能 (2) 2.1.5耐腐蚀性能 (2) 2.1.6塑料的加工 (2) 2.2塑料的缺点 (3) 2.2.1强度 (3) 2.2.2热性能 (3) 2.2.3耐气候性能 (3) 2.2.4废旧塑料的处理 (3) 3塑料的可持续发展 (4) 3.1废旧塑料回收现状 (4) 3.1.1填埋处理 (4) 3.1.2焚烧处理 (4) 3.1.3再生颗粒技术 (4) 3.2废旧塑料回收新型技术 (5) 3.2.1简单再生技术 (5) 3.2.2改性再生技术 (5) 3.2.3燃料热能利用技术 (5) 3.2.4裂解单体化技术 (5) 3.3我国废旧塑料回收利用领域的现状 (6) 4结束语 (6)
摘要：本文将对塑料的利弊进行分析，阐述塑料作为有机高分子材料对人类生产和生活的影响，在如今追求环保的时代大趋势下，向读者分析说明塑料走可持续发展路线的可行性和优越性。 关键词：塑料环保可持续发展 1.前言 作为常用的材料品种，塑料的应用越来越广泛。生活中如纽扣，雨衣雨靴，头盔；食品包装袋，餐具；灯具，桌椅；自行车零部件，汽车零部件等等……除了贯穿人们的衣食住行，在生产制造方 面塑料也有着极为重要的作用，在农业中作地膜，管道、喷头等；在机械制造业中作结构件、传动件、摩擦磨损件、耐蚀件、绝缘件、软饰件等；在化学工业中作各种管道、容器、泵、阀门等；在 电子、电气工业上作电机、变压器、绝缘包线、电线、电缆等原件；甚至在国防和航空航天工业中 也成为了不可缺少的材料。 随着时代的发展，生产力的增强，塑料的种类和生产工艺也越来约丰富多样。然而在满足人们 生活生产的需求之际，塑料的某些弊端亦逐渐开始暴露。其中最主要的就是废弃塑料的处理问题最 为严重。生产方便，应用广泛的塑料同时也带来了十分严重的污染问题。人类为了追求社会、文化 的发展已经令我们的地球家园千疮百孔，如今环保、可持续才是我们时代的主题、科技文明的发展 方向。 因此对塑料可持续发展的对策进行研究的任务迫在眉睫，也是我们文章接下来要探究的主要内容。 2.塑料的利弊 2.1塑料的优点 2.1.1耐磨性 塑料的硬度比金属低，但它的耐摩擦磨损性能却远优于金属，这是因为塑料的摩擦系数比较低。同时，有许多塑料，如聚四氟乙烯、尼龙等，本身就具有自润滑性能，因此它是制造轴承、保持架、活塞环等一类摩擦磨损零件的好材料。用塑料制成的零件，可以在各种液体摩擦、边界摩擦甚至干 摩擦的条件下有效地工作。 2.1.2密度与比强度
导热系数的测量实验报告
导热系数的测量 导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。 一．实验目的 1．用稳态平板法测量材料的导热系数。 2．利用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。 二．实验原理 热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。 h T T S t Q ) (21-??=??λ 单位时间通过某一截面积的热量dQ/dt 是一个无法直接测定的量，我们设法将这个量转化为较容易测量的量。为了维持一个恒定的温度梯度分布，必须不断地给高温侧铜板加热，热量通过样品传到低温侧铜板，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通过截面的热流量为： B B h T T R t Q )(212 -???=??πλ 当加热速率、传热速率与散热速率相等时，系统就达到一个动态平衡，称之为稳态，此时低温侧铜板的散热速率就是样品的传热速率。 这样，只要测量低温侧铜板在稳态温度 T2 下散热的速率，也就间接测量出了样品的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量， C 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。 由于质量容易直接测量，C 为常量，这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。铜板的冷却速率可以这样测量：在达到稳态后，移去样品，用加热铜板直接对下铜板加热，使其温度高于稳态温度 T2（大约高出 10℃左右），再让其在环境中自然冷却，直到温度低于 T2，测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，描绘出 T —t 曲线（见图 2），曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。 应该注意的是，这样得出的 t T ??是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率， 其散热面积为 2πRp2+2πRphp （其中 Rp 和 hp 分别是下铜板的半径和厚度），然而， 设样品截面半径为R ，在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为 πRp2）是被 样品全部（R=Rp ）或部分（R
