無機聚合材料的熱性能分析

無機聚合材料，又稱為地質聚合物 (Geopolymer)，是一種新興的材料，它兼具無機物、陶瓷、水泥的特性，又是一種性能優異的新型凝膠材料 (鹼激發凝膠材料，Alkali-activated cementitious material)。它在抗壓能力、抗腐蝕性、耐久性的性能，都比一般波特蘭水泥還強。加上地質聚合物，可使用工業廢料 (如高溫爐渣、飛灰) 來製造，在當今環境意識抬頭的今天，無機聚合材料成為炙手可熱的研究對象，並可取代天然需要開採的水泥產品。

目前，無機聚合材料物常見的應用包括：

• 阻燃粘合劑
• 耐火、耐熱衝擊材料
• VLO飛機跑道
• 熱防護塗層

這些地質聚合物的應用，需要各種熱特性分析，來瞭解其有效性與適用性，如地質聚合物的熱傳導率、熱膨脹率。以下便為您介紹幾種新興的地質聚合物，採用 C-Therm 的熱傳導儀，熱膨脹儀，分析出這些地質聚合物重要的熱特性。

下面這些是一些新興的無機聚合材料：

研究案例

在這個研究中，無機聚合材料的熱傳導率，是由 C-Therm 的 TCi 改良式瞬態平面熱源法 (MTPS) 熱傳導儀所量測。樣品經過4小時的預先燒結。

而熱膨脹率，是在 1200°C 的高溫加熱過程，以 C-Therm 的 DiL 熱膨脹儀所量測，升溫率是每分鐘5°C，採用的預設溫度曲線函數，是由室溫到1150°C，以NIST “SRM 738 Single-Crystal Sapphire Contact Force: 1N” 這個標準物質所建立出來。

上表中的各個地質聚合物，在室溫、100°C、200°C的條件下，具有以下的熱傳導率：

地質聚合物 GP42A2.5W，在熱膨脹儀高溫爐第一次加溫的過程中，顯示了以下的熱膨脹率，如同一般的地理聚合物：

然而 GP5W 這種無機聚合材料，比較特殊，可以看到在1100°C左右，有第二次材料的密化(Densification)或化學反應出現，溫度為 Td，這很值得進一步研究。

在進一步研究後發現，在加熱到 1000°C 之前，材料的熱膨脹是正常的，也沒有相變、沒有玻璃轉化出現。但超過 1000°C 以後，出現玻璃轉化，在從1100度開始，出現第二次密化：

在這個實例中，有六種地質聚合物利用 C-Therm 的熱傳導儀與熱膨脹儀測出熱傳導率與熱膨脹率。其中四種地質聚合物材料具有明顯的熱膨脹性能，還有兩種聚合物，在燒結前與燒結後，有明顯的差異。

從測試結果來看，地質聚合物發泡材，有最好的隔熱能力。而 GP42A2.5W 這種地質聚合物材質，有最好的導熱率。且由 C-Therm 的熱傳導儀與熱膨脹儀的測量數據可得知，地質聚合物在1000°C以下，沒有相變也沒有玻璃轉化的材料特性。

C-Therm 熱傳導儀、熱膨脹儀

加拿大 C-Therm 儀器公司，是一家專注於熱傳導率與熱膨脹率量測量測的專業公司，其熱傳導儀 TCi 與熱膨脹儀 DiL 產品，是目前市面上測量速度最快、操作最單純的儀器。

C-Therm 的熱傳導儀 TCi，不像它牌儀器需要複雜樣品前處理，複雜的樣品裝置過程、出來的數據還需要其他已知參數運算。C-Therm 的熱傳導儀，只要把感測器貼上樣品，直接就能得到樣品的熱傳導率 (Thermal Conductivity, 單位W/m.K)、與熱逸散率 (Thermal Effusivity)，不需要樣品前處理 (前提是樣品能夠平整貼上感測器)，而且不需要任何其他已知參數 (不需要比熱、密度等資料) 來運算。也不像某些號稱熱傳導儀的儀器，量測到的只是熱阻值，還需要經過運算才能獲得熱傳導率。而且可以接受大部分形式的樣品，固態、液態、粉狀、膏狀 (不會永遠沾黏在感測器上，可以洗掉的)....。

另外，C-Therm 的熱傳導儀 TCi 與熱膨脹儀 DiL，是目前市場上整合度最高的，只要將一部主機接上電腦，便能同時操控熱傳導儀的感測器，與熱膨脹儀的高溫爐與距離感測器。更棒的是，一整套熱傳導儀加上熱膨脹儀的價格，也讓人驚艷。

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