CN113933224A - 一种热防护材料高温透气性测试***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热防护材料高温透气性测试***及方法。该***包括测试压盘、石英灯阵列、气体流量测试台和管路；所述测试压盘包括上底盘、下底盘、紧固螺钉、限位卡块；所述测试压盘被所述石英灯阵列包围；所述气体流量测试台包括空气压缩机、减压阀、第一电磁阀、测试腔、第二电磁阀、流量采集器、压力传感器、控制模块；所述控制模块通过第一电磁阀与压力传感器进行联动，与设定压力形成闭环控制；测试腔达到测试压力后，第二电磁阀开启，进行材料透气性测试。本发明可以解决热防护材料在室温到高温条件下快速升温达到试验温度完成热防护材料透气性测试，可进行材料纵向、横向透气性及柔性材料压缩条件下透气性测试，测试操作简单，快捷高效。
Description
技术领域
本发明涉及一种热防护材料高温透气性测试***及方法，属于透气性检测技术领域。
背景技术
热防护材料透气性是评价材料气体流通、通过性的物性参数，热防护材料从室温到高温应用中会使得材料面临内部气体受热膨胀、或内部组分受热分解产气、或气动压差、或几种情况共存等情况，因此材料应用前需测试透气性数据，掌握气体流体曲线规律。
现有用于面料/海绵/织物/泡沫等材料的透气性测试装置仅能测试块状样件的常温透气性测试，无法测量高温透气性；用于密封圈的密封性测试装置仅能测试O型样件的密封性，对测试样件形状结构有要求。涉及高温条件测试主要采用传统马弗炉作为加热装置，升温用时较多，材料长时间升温造成结构/功能影响变化，难以真实地验证材料在快速加热应用环境条件。
热防护材料有多种体系多种规格，包括刚性/柔性、烧蚀/微烧蚀/零烧蚀、异型块状/条带状、不同密度/不同压缩率等。以上透气性测试装置均无法满足热防护材料透气性测试条件，鉴于此，本发明提出一种热防护材料高温透气性测试方法及***，解决多种规格、多种种类热防护材料快速升温、材料纵/横向透气性测试技术问题。
发明内容
为现有技术存在的问题，本发明提供了一种热防护材料高温透气性测试***及方法，可以解决热防护材料在室温到高温条件下快速升温达到试验温度完成热防护材料透气性测试，可进行材料纵向、横向透气性及柔性材料压缩条件下透气性测试，测试操作简单，快捷高效。
一种热防护材料高温透气性测试***，其包括测试压盘、石英灯阵列、气体流量测试台和管路；
所述测试压盘包括上底盘、下底盘、紧固螺钉、限位卡块，所述上底盘为中心区域设有凹槽的圆形压盘，测试压盘进气孔位于上底盘的凹槽中心，与进气管道连接；所述下底盘为圆形平面压盘或圆环状压盘；所述限位卡块为中心带孔结构，安装在上底盘、下底盘之间，并由紧固螺钉固定；
所述测试压盘被所述石英灯阵列包围；
所述气体流量测试台包括空气压缩机、减压阀、第一电磁阀、测试腔、第二电磁阀、流量采集器、压力传感器、控制模块；空气压缩机、减压阀、第一电磁阀、测试腔、第二电磁阀之间依次通过管路连接，第二电磁阀与测试压盘通过管路连接；流量采集器安装在第二电磁阀与测试压盘之间的管路；压力传感器安装在测试腔顶部；空气压缩机制出的压缩气体通过减压阀、第一电磁阀进入测试腔入口，所述测试腔的出口管路安装第二电磁阀；所述控制模块通过第一电磁阀与压力传感器进行联动，与设定压力形成闭环控制；测试腔达到测试压力后，第二电磁阀开启，进行材料透气性测试。
进一步地，所述上底盘为中心区域为
深5mm凹槽的圆形压盘。
进一步地，所述下底盘为圆环状压盘时，其环内径为80mm。
进一步地，所述石英灯阵列的控温范围为室温～1000℃，控温精度±10℃。
进一步地，所述测试腔为圆筒形容器。
一种热防护材料高温透气性测试方法，包括如下步骤：
将热防护材料制成圆形或圆环状试样；
所述试样用胶黏剂与测试压盘进行边缘粘接固定，测试压盘的上、下底盘及限位卡块用紧固螺钉固定连接；
所述测试压盘的进气管路与气体流量测试台的测试管路进行连接，测试压盘置于石英灯阵列内，设定测试气压、测试温度，在不同压缩率进行透气性数据测试；所述测试温度由石英灯阵列温度控制。
进一步地，所述圆形试样尺寸为直径100mm±1mm；所述圆环试样尺寸为环外径100mm±1mm。
进一步地，所述圆形试样的粘接方法为圆形试样上下两个面的边缘一定区域(如边缘10mm区域)均匀涂胶，与测试压盘的上底盘的下表面、下底盘的上表面进行粘接；所述圆环试样的粘接方法为在测试压盘上下两个面的边缘一定区域(如边缘10mm区域)均匀涂胶，与测试压盘的上底盘的下表面、下底盘的上表面进行粘接。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明所建立的一种热防护材料高温透气性测试***及方法，能够快速升温达到高温透气性测试条件，试验模拟真实性强，可以作为柔性/刚性、块状/条型多种规格热防护材料透气性能表征的方法；
(2)本发明通过监测气体流量测试台的测试腔与泄漏腔(测试材料与测试压盘构建了泄漏腔)的气体流量，采用双腔测试模式解决了测试仪表及部件不耐高温的技术难题，巧妙地解决了材料高温透气性测试问题。试样安装在泄漏腔，处于整个气体测试***的泄漏端，其余部位均为密闭状态，如有不同程度的泄漏，则测试腔气体会不同速率地流向泄漏端(泄漏腔)，两个腔之间的流量就是泄漏率，依靠流量采集器进行监测。
(3)本发明可进行材料纵向、横向透气性以及柔性材料压缩条件下透气性测试，测试快捷，操作简单，具有良好的应用价值。对于圆形测试试样，作为整体封堵泄漏腔，泄漏面为圆片状，气体泄漏方向垂直于试样，称为纵向；对于圆环测试试样，上下底盘与试样构成封闭空间，泄漏面为圆环侧壁，气体泄漏方向平行于试样，称为横向。
附图说明
图1为热防护材料高温透气性测试***的结构及连接关系图。
图2为测试压盘结构示意图。其中：a)上底盘(中心槽直径80mm、深5mm)；b)下底盘(圆形平板)；c)下底盘(圆环，内径80mm)；d)限位卡块。
图3为透气性测试试样尺寸图。其中：a)直径100mm圆形试样；b)外径100mm环形试样(内径不做要求)。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明进行详细说明。
实施例1：
本实施例提供一种热防护材料高温透气性测试***，如图1所示，包括测试压盘、石英灯阵列、气体流量测试台和管路；
所述测试压盘包括上底盘、下底盘、紧固螺钉、限位卡块，所述上底盘为中心区域为
深5mm凹槽的圆形压盘，测试压盘进气孔位于上底盘凹槽中心，与进气管道连接；所述下底盘为圆形平面压盘或环内径为80mm的圆环状压盘；所述限位卡块为中心带孔结构，安装在上底盘、下底盘之间，并由紧固螺钉固定；所述测试压盘被石英灯阵列包围，所示石英灯加热阵列的控温范围为室温～1000℃，控温精度±10℃；所述气体流量测试台包括空气压缩机、减压阀、第一电磁阀、测试腔、第二电磁阀、流量采集器、压力传感器、控制模块；空气压缩机、减压阀、第一电磁阀、测试腔、第二电磁阀之间依次通过管路连接，第二电磁阀与测试压盘通过管路连接；流量采集器安装在第二电磁阀与测试压盘之间的管路；压力传感器安装在测试腔顶部；空气压缩机制出的压缩气体通过减压阀、第一电磁阀进入测试腔入口，所述测试腔的出口管路安装第二电磁阀；所述控制模块通过第一电磁阀与压力传感器进行联动，与设定压力形成闭环控制；测试腔达到测试压力后，第二电磁阀开启，进行材料透气性测试。所述测试腔为圆筒形容器。
本实施例提供一种热防护材料高温透气性测试方法，按照以下方法进行测试：
准备直径100mm、厚度20mm的二氧化硅气凝胶试样，使用胶黏剂与测试压盘进行边缘粘接固定，测试压盘的上、下底盘及限位卡块用螺钉固定连接。连接测试压盘进气管路与测试台的测试管路，测试压盘置于石英灯阵列内，设定测试气压100KPa、测试温度为室温和800℃，测试透气性数据测试。
该材料在室温100Kpa透气性为0.08L/(cm2.min)，800℃、100kPa透气性为0.095L/(cm2.min)。其中，透气性数值＝气体泄露率(L/min)/泄露面积(cm2)，气体泄露率依靠流量采集器直接读取，泄漏面积依据试样泄漏面的尺寸进行计算。
实施例2～7：实施例2～7中的热防护材料高温透气性测试***的结构如图1所示，测试方法的具体参数如表1所示。本发明所建立的一种热防护材料高温透气性测试***及方法，能够快速升温达到高温透气性测试条件，试验模拟真实性强，热防护材料能够在室温到高温条件下快速升温达到试验温度以完成热防护材料透气性测试，并可以进行柔性材料压缩条件下透气性测试，测试快捷，操作简单，具有良好的应用价值。
表1
上述实施例中对试样进行不同压缩率条件下的泄漏率测试。对试样进行固定压缩率压缩，必须使用不同厚度的限位卡块对上下底盘之间的试样厚度进行限制，使得测试试样按照准确压缩率进行压缩。压缩率＝被压缩的厚度/初始厚度*100％，压缩率越大，被压缩的厚度越大。一定的压缩率，通过计算获得被压缩厚度，从而计算出材料最终被压缩到的厚度(＝初始厚度*(100％-压缩率))，这个厚度就是限位卡块的厚度，进而控制了压缩率。
本发明除使用纤维卡块固定方式控制压缩率，也可采用支撑架固定上下底盘，调节两底盘之间厚度，进而控制压缩率。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
以上公开的本发明的具体实施例，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。本发明不应局限于本说明书的实施例所公开的内容，本发明的保护范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种热防护材料高温透气性测试***，其特征在于，包括：测试压盘、石英灯阵列、气体流量测试台和管路；
所述测试压盘包括上底盘、下底盘、紧固螺钉、限位卡块，所述上底盘为中心区域设有凹槽的圆形压盘，测试压盘进气孔位于上底盘的凹槽中心，与进气管道连接；所述下底盘为圆形平面压盘或圆环状压盘；所述限位卡块为中心带孔结构，安装在上底盘、下底盘之间，并由紧固螺钉固定；
所述测试压盘被所述石英灯阵列包围；
所述气体流量测试台包括空气压缩机、减压阀、第一电磁阀、测试腔、第二电磁阀、流量采集器、压力传感器、控制模块；空气压缩机、减压阀、第一电磁阀、测试腔、第二电磁阀之间依次通过管路连接，第二电磁阀与测试压盘通过管路连接；流量采集器安装在第二电磁阀与测试压盘之间的管路；压力传感器安装在测试腔顶部；空气压缩机制出的压缩气体通过减压阀、第一电磁阀进入测试腔入口，所述测试腔的出口管路安装第二电磁阀；所述控制模块通过第一电磁阀与压力传感器进行联动，与设定压力形成闭环控制；测试腔达到测试压力后，第二电磁阀开启，进行材料透气性测试。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述上底盘为中心区域为
深5mm凹槽的圆形压盘。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述下底盘为圆环状压盘时，其环内径为80mm。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述石英灯阵列的控温范围为室温～1000℃，控温精度±10℃。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述测试腔为圆筒形容器。
6.一种采用权利要求1～5中任一权利要求所述***的热防护材料高温透气性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
将热防护材料制成圆形或圆环状试样；
所述试样用胶黏剂与测试压盘进行边缘粘接固定，测试压盘的上、下底盘及限位卡块用紧固螺钉固定连接；
所述测试压盘的进气管路与气体流量测试台的测试管路进行连接，测试压盘置于石英灯阵列内，设定测试气压、测试温度，在不同压缩率进行透气性数据测试；所述测试温度由石英灯阵列温度控制。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述圆形试样的尺寸为直径100mm±1mm；所述圆环试样的尺寸为环外径100mm±1mm。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述圆形试样的粘接方式为：所述圆形试样的上下两个面的边缘一定区域均匀涂胶，与测试压盘的上底盘的下表面、下底盘的上表面进行粘接；所述圆环试样的粘接方式为：在测试压盘上下两个面的边缘一定区域均匀涂胶，与测试压盘的上底盘的下表面、下底盘的上表面进行粘接。
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| 焦亚男 等: ""三维编织石英纤维热密封材料气密性能研究"", 《固体火箭技术》, vol. 40, no. 3, pages 358 - 363 * |
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