材料热安全性测试方法

发布于 2021-03-16 12:09
ES-ARC from THT

热安全性测试一直是材料研发过程中,重要的一环。当今的电子产品,尤其讲究轻薄短小、以及更长的续航力,储能设备(电池、化学燃料)的能量密度越来越高,若遭遇热失控燃烧的状况,往往对身体居住环境造成一定程度危害。加上消费者意识抬头的今天,制造商往往需要负担连带责任、甚至巨额的赔偿,对于产品的安全性,不得不小心为之。

绝热加速失控分析量热仪 (ARC),是用来分析材料或成品热失控条件的专用仪器,与一般量热仪不同的是,它能够在绝热环境中,分段控制加热的能量多寡,并精密地感测过程中,样品在该温度区间的升温变化,用以判断样品在该温度区间,是否已经开始进入热失控的状态。

测量热失控的方式,主要有步阶加热 (Step Heating,又称为 Heat-Wait-Seek, HWS) 与斜坡加热两种 (Ramp Heating),两种方法各有其优缺点:

1. 步阶加热法,热失控测量

这种方法又称为 Heat-Wait-Seek (HWS) 测量,这是 ARC 热安全性测量仪所采用的主要方法。使用者先设定每一个步阶的温度区间,比如从 25度开始,每5度一个步阶。当仪器对绝热环境加热至步阶的温度起始点,便停止加热,并根据预设的等待时间,观察样品的温度热量变化,直到时间结束,进入下一个温度阶段。

这种方法能够精准侦测到样品自身的放热反应,并完整的追踪绝热样品室中,整个反应过程。但缺点是测量时间很长,整个过程需要 1 - 2 天的时间。

HWS Heat-Wait-Seek Method
HWS Heat-Wait-Seek Heating Method

2. 斜坡加热法,热失控测量

斜坡加热法,顾名思义,就是以一定的加热速度,持续对样品加热,直到样品发生失控。这种方法能够在短时间造成样品热失控,并纪录加热过程的温度变化,过程仅需要1-2小时,比起 HWS 方法要快速许多。不过,这个方法无法精确得知样品发生热失控的起始温度,而且斜坡加热热失控测试法,不是一个绝热过程。

Ramp Heating Method
Ramp Heating Method

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