GB/T 41062-2021 摩擦材料和制動器間的熱傳導試驗方法（正式版）

ICS43.040.40摩擦材料和制動器間的熱傳導試驗方法國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T41062—2021本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國非金屬礦產品及制品標準化技術委員會(SAC/TC406)歸口。海華萊汽車零部件有限公司。ⅡGB/T41062—2021當進行有限元分析(FEA)或制動系統(tǒng)性能建模時，建議使用本文件中描述的材料性能。測試零件的熱膨脹、尺寸穩(wěn)定性、膨脹和增厚的試驗是評估襯片零件受熱影響的性能。零件熱膨脹測試值與材料特性熱膨脹系數(shù)(CTE)有差異。襯片在進行壓縮特性試驗過程中或通過GB/T22310測得的熱膨脹試利用盤式制動器襯片、鼓式制動器襯片以及摩擦材料間的熱傳導性能評價制動部件的熱負荷承受能力。通常使用計算機輔助或者模擬來觀察制動襯片的熱處理性能。暴露在高溫下會改變摩擦材料的性質，包括它們的熱傳導性能。例如，新襯片和使用過的襯片材料在不同的環(huán)境溫度中會表現(xiàn)出不同的熱傳導性能。由高溫導致材料性質的任何變化也可能是溫度和時間的函數(shù)。基于此，建議試驗結果記錄襯片完整的狀況、所處的溫度狀況和所處高溫下的時間。1摩擦材料和制動器間的熱傳導試驗方法2規(guī)范性引用文件GB/T5620道路車輛汽車和掛車制動名詞術語及其定義GB/T19466.4塑料差示掃描量熱法(DSC)第4部分：比熱容的測定α單位質量的物質在壓力不變的條件下，溫度升高或下降時所吸收或釋放的熱量。λ24試驗方法4.1熱擴散系數(shù)測定方法4.1.1方法概述激光閃光法是用于測定熱擴散系數(shù)的一種方法。將已知厚度的試樣暴露在強烈的激光或氙閃光燈下，獲得短時的能量爆發(fā)。然后測量試樣背面的溫升，根據(jù)溫升和時間的關系計算熱擴散系數(shù)。通常用試樣背面的溫升達到最大溫升1/2的時間按公式(1)計算?！?1)α———熱擴散系數(shù)，單位為平方厘米每秒(cm2/s);0.1388——換算系數(shù)；D-—試樣厚度，單位為厘米(cm);to.5—試樣背面溫升達到最大溫升1/2的時間，單位為秒(s)。激光閃光法要求從中切割小尺寸試樣進行測量(如直徑10mm,厚度3mm的樣品)。本方法可以在室溫和高溫環(huán)境中測定熱擴散系數(shù)。瞬態(tài)平面光源(或熱板)法可以同時對熱擴散系數(shù)、導熱系數(shù)和比熱容進行非破壞性測定。本方法依賴于由雙螺旋形狀的導電圖構成的薄傳感器；薄傳感器可用作熱源和動態(tài)溫度傳感器?？梢栽谕暾r片上進行試驗，不需要切割成小試塊；薄傳感器可以放置在兩個完全相同的襯片之間進行測定。這種方法很容易測量室溫，但是對于高溫，襯片應通過外部加熱器、烘箱或熱板來保持溫度。非破壞性熱擴散系數(shù)測定技術的另一個最新進展是脈沖式視頻熱成像技術。4.1.2儀器設備熱擴散系數(shù)所需儀器設備如下：a)閃光源；b)試樣支架；c)環(huán)境控制附件；d)溫度反應探測器；e)記錄裝置；h)樣品倉；i)恒溫控制器。4.1.3.1.1通常采用的試樣為薄的圓片狀試樣，其接受脈沖能量輻射表面面積比能量束斑小。典型的試樣直徑為6mm～18mm,最佳試樣厚度取決于所估計的熱擴散系數(shù)大小，并選擇此試樣厚度以確保達到最高溫度所需的時間在40ms～200ms之內變化。高溫測量時應采用較薄的試樣，使熱損失修正34.1.3.2.3薄片樣品應符合4.1.3.2.1的要求，制備時上下兩片樣品厚度應一致，偏差不應大于4.1.3.2.4薄膜樣品應符合4.1.3.2.1的要求，制備時上下兩片樣品厚度應一致，偏差不應大于4.1.3.2.5單軸異性樣品應符合4.1.3.2.1的要求，制備時應使樣品測試面與x軸、y軸確定的平面4.1.4.1閃光法(A法)按GB/T22588測定。4.1.4.2平面熱源法(B法)按GB/T32064測定。e)與X=25%、X=75%以及X=50%時計算的熱擴散系數(shù)相關的陳述或者試驗曲線下降部分4GB/T41062—2021異性樣品需記錄樣品軸向和測試取向)、樣品含水率等；o)測試總時間、輸出功率及計算時間；p)測試結果，不同測試條件下的導熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)；q)測試單位等信息。4.2.1方法概述材料的比熱容越大，材料的散熱性就越突出。比熱容對溫度要求比較高，會隨著測量間隔的不同而變化。比熱容通常用差示掃描量熱儀(DSC)測定。當兩者以恒定速率均勻加熱時，用DSC測定試樣的熱反應，使其與標準物質(藍寶石)做比較。通常記錄從100℃到用戶設定的最大溫度的數(shù)據(jù)。該測試還能顯示在施加的溫度范圍內材料是否會發(fā)生任何相變。如果在DSC測試過程中發(fā)生相變，則相同材料樣品的后續(xù)測試將產生不同的結果。比熱容可與熱擴散系數(shù)結合使用，以計算導熱系數(shù)。目前，利用DSC來測定摩擦材料的比熱容，其典型試樣體積較小，例如0.5mm3~20mm3,所以單個試樣可能對較大尺寸成分或粗混合成分的摩擦材料不具代表性。鑒于此，解決這個問題的途徑有：a)測定大量試樣的比熱容，使得這些試樣的尺寸與設備允許的一樣大；b)將具有代表性的摩擦材料研磨成粉狀，并輕輕壓制成丸狀，然后通過DSC進行檢測。按公式(2)計算：………(2)式中：Cp——比熱容，單位為焦耳每克攝氏度[J/(g·℃)];△Q——熱量，單位為焦耳(J);m——試樣質量，單位為克(g);△T——溫升，單位為攝氏度(℃)。4.2.2儀器設備比熱容測定所需儀器設備如下：a)DSC儀器：能以0.5℃/min～20℃/min的速率，等速升溫或降溫；能保持試驗溫度恒定在±0.5℃內至少60min;能夠進行分段程序升溫或其他模式的升溫；b)坩堝：良好的導熱性能，能夠加蓋和密封，并能承受在測量過程中產生的抗壓；c)分析天平：稱量準確度在±0.01mg。4.2.3試樣試樣可分為粉末、顆粒、細粒或從樣品上切成的碎片狀。試樣應能代表受試樣品，并小心制備和處理。如果是從樣品上切取試樣時應小心，以防止聚合物受熱重新取向或其他可能改變其性能的現(xiàn)象發(fā)生。應避免研磨等類似操作，以防止受熱或重新取向和改變試樣的熱歷史。對顆?；蚍哿蠘悠罚瑧蓚€或更多的試樣。取樣的方法和試樣的制備應在試驗報告中說明。4.2.4試驗步驟比熱容按GB/T19466.4測定。5GB/T41062—20214.2.5試驗報告試驗報告包括以下信息：a)試驗日期；b)能完整描述測試樣品的所有必要細節(jié)，包括熱歷史；c)所用DSC儀器的制造廠家型號、類型(功率補償型或熱流型);d)試驗用樣品坩堝及蓋子的形狀、尺寸和材質；e)試驗用氣氛及流速；f)校準物質，包括印刷品上的信息，材料的性質，使用的質量和其他與校準相關的特性；h)取樣的詳細資料和試樣的狀態(tài)調節(jié)；j)試驗結果，包括比熱容和相應的溫度；k)其他所需的信息。4.3導熱系數(shù)測定方法4.3.1方法概述熱量的穩(wěn)態(tài)測定或熱量通過材料的速度，是評價材料熱傳導特性的一個重要指標。導熱系數(shù)是在穩(wěn)定的傳熱條件下，通過單位厚度的材料所傳遞的單位熱量，按公式(3)計算：………(3)A——傳熱面積，單位為平方米(m2);—溫度梯度，單位為開爾文每米(K/m)。測定導熱系數(shù)最簡單的方法是測定α、p和Cp,按公式(4)進行計算：λ=apCp……(4)式中：a——熱擴散系數(shù)，單位為平方米每秒(m2/s);p——試樣密度，單位為千克每立方米(kg/m3);導熱系數(shù)也可以通過瞬態(tài)平面源法直接測定。4.3.2儀器設備導熱系數(shù)測定所需儀器設備如下：a)加熱單元；6GB/T41062—2021b)冷卻單元；d)熱電偶；導熱系數(shù)按GB/T10295測定。4.3.4試驗報告b)操作員對試件的描述和對試件與樣品關系的描述。與可適用的材料規(guī)范的一致性。松散試件c)測定時試件的厚度，在雙試件布置中為兩塊試件總厚度。并注明厚度是強制的還是測量的。d)狀態(tài)調節(jié)的方法和溫度。e)測定時試件的密度。f)在干燥或狀態(tài)調節(jié)時的相對質量變化。h)根據(jù)冷熱板溫度計算試件平均溫差及其測量方法。i)測定的平均溫度。j)平衡時的熱流密度。1)所用熱流計裝置的類型。減少邊緣熱損失的位置。n)對于試驗中需在試件與裝置面板之間插入薄片材料或需使用防水汽封套的情況，應說明薄片誤差估算的報告。s)因情況(或要求)不能完全滿足本文件所敘述的測定過程時，可以做出商定的例外聲明。但是符合要求的說明)。7GB/T41062—20214.4熱膨脹系數(shù)測定方法4.4.1方法概述差分推桿膨脹計用于測定線性膨脹系數(shù)。測試樣品的熱膨脹根據(jù)標準參考樣品(例如石英)的熱膨脹來確定。將兩個樣品放在爐中并排緩慢加熱，同時按壓兩個推桿從爐子延伸到帶有熱隔離的線性可變位移傳感器(LVDT)以便測量其長度變化。兩個樣品之間的膨脹差異導致推桿的不同運動，從而允許確定未知樣品的線性熱膨脹系數(shù)，線性熱膨脹系數(shù)是長度的變化量與初始溫度下原長度的比值。用熱電偶測量樣品的溫度。按公式(5)計算：………(5)式中：αm——熱膨脹系數(shù)，單位為每攝氏度(℃-1);△L——長度變化量，單位為毫米(mm);Lo——試樣原始長度，單位為毫米(mm);△T——溫升，單位為攝氏度(℃)。4.4.2儀器設備熱膨脹系數(shù)測定所需儀器設備如下：a)試樣載體和推桿應由同牌號的透明石英制成，兩者熱膨脹系數(shù)間的差異應在±1%以內；b)高溫爐：溫度為0℃~900℃;c)位移傳感器；d)數(shù)據(jù)處理記錄儀；e)熱電偶：190℃~350℃,推薦使用E型或T型熱電偶；0℃~900℃,推薦使用K型、S型及N型熱電偶；f)指針式千分尺或卡尺。4.4.3.1被檢試樣應具有剛性固體特征，即在試驗溫度和儀器所予應力下，試樣的蠕變或彈性應變速率是可忽略的，不會對熱長度變化的測量產生可見的影響。4.4.3.2試樣最小長度應為25mm±0.1mm,橫向尺寸為3mm～10mm。4.4.3.3試樣應軸向均勻，其端面(與載體、推桿間的接觸面)的粗糙度應不大于10μm,端面間的不平行度應小于25μm。不應采用具有尖端的試樣，它在試驗中易產生變形。4.4.3.4增大試樣的橫截面積有助于防止升溫時試樣的非彈性蠕變。4.4.3.5控制試樣中的溫度梯度，保證試樣上的溫度不均勻性在±2℃/50mm。4.4.4試驗步驟