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| 标准编号 | GB/T 3139-2026 (GB/T3139-2026) | | 中文名称 | 纤维增强塑料导热系数试验方法 | | 英文名称 | Test methods for thermal conductivity of fiber reinforced plastics | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | Q23 | | 国际标准分类 | 83.120 | | 字数估计 | 18,199 | | 发布日期 | 2026-05-25 | | 实施日期 | 2026-12-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 3139-2005 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 3139-2026: 纤维增强塑料导热系数试验方法
GB/T 3139-2026 英文版: Test methods for thermal conductivity of fiber reinforced plastics
ICS 83.120
CCSQ23
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 3139-2005
纤维增强塑料导热系数试验方法
2026-05-25发布
2026-12-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
1 范围
本文件描述了护热板法(方法A)、保护热流计法(方法B)和闪光法(方法C)测定纤维增强塑料导
热系数的原理、试样、试验仪器、试验条件、试验步骤、结果计算和试验报告。
本文件适用于测定纤维增强塑料的导热系数,其他结构形式的复合材料参照使用。护热板法(方法
A)和保护热流计法(方法B)为稳态传热测试方法,闪光法(方法C)为瞬态传热测试方法。
4 护热板法(方法A)
4.1 原理
护热板法(方法A)是在稳态传热条件下,单向热流垂直流过板状试样;通过测量在给定传热面积的
一维恒定热流量,以及试样冷热表面的温度差,可计算出试样的导热系数。
4.2 试样
4.2.1 试样制备按GB/T 1446的规定。
4.2.2 试样尺寸规定如下:
a) 试样可为正方形或圆形,试样边长或直径应与加热板(见图2中a或D0)相等,单试样设备试
样边长或直径宜为100mm,双试样设备试样边长或直径宜为300mm,尺寸误差不宜大
于±0.6mm;
b) 试样厚度至少为5mm;最大宜不超过其边长或直径的1/10。
4.2.3 试样上下两面应平行且表面平整,平面度误差不大于0.50mm/m,平行度误差应在试样厚度的
1.0%以内。
4.2.4 每组试样不少于3块。
4.3 试验仪器
4.3.1 试样设备
护热板法(方法A)导热系数测试仪一般分为两种类型,分别为单试样设备和双试样设备。
单试样设备中,试样位于加热板上表面,加热板的下表面为绝热材料和底加热板,如图1a)所示。
绝热材料的上下两表面应控制温度差不大于0.5℃。
4.3.2 加热板
4.3.2.1 加热板由主加热板和包围主加热板并有一定间隙的护加热板组成,各加热板具有独立的加热
器和表面板。
4.3.2.2 护加热板的宽度为加热板边长或直径的1/4,如图2所示,并有适当的保温措施。其他尺寸应
保证导热系数测量值的误差在8%以内。
4.3.2.3 主加热板表面各点温度差不大于稳态传热条件下试样两面温度差的2%。护加热板表面各点
温度差不大于稳态传热条件下试样两面温度差的5%。
4.3.2.4 加热板两表面应平行且平整,平面度误差不大于0.25mm/m。
4.3.2.5 主加热板和护加热板之间的间隙在加热板表面内所占的面积不宜超过主加热板面积的5%。
a) 表面为正方形的加热板 b) 表面为圆形的加热板
4.3.3 冷却板
冷却板的尺寸及接触试样的表面状态同加热板,但冷却板不设间隔。
4.3.4 温度和功率测量精度
4.3.4.1 温度测量应精确到稳态传热条件下试样两面温度差的1%,不大于0.5℃。
4.3.4.2 测量主加热板的功率,应精确到1%。
4.4 试验条件
4.4.1 试验环境
试验环境条件应符合GB/T 1446的规定。
4.4.2 试样温度差
试样冷热面温度差宜不小于10℃。
4.5 试验步骤
4.5.1 试样按GB/T 1446的规定进行外观检查,试样表面的平面度误差用刀形平板尺进行检验。
4.5.2 试样按GB/T 1446的规定进行状态调节,或按产品技术要求处理。
4.5.3 在试样的中心、边缘等部位测量不少于5处试样厚度,取算术平均值,精确至0.01mm。
4.5.4 打开测试腔体,单试样设备中,将单个试样安装在加热板的上表面,双试样设备中,将两个试样
分别安装在加热板的上下两个表面。安装试样时注意通过左右移动来消除夹杂空气,并对试样施加一
定的压力,同时检查好试样与加热板表面的对齐情况。
4.5.5 启动试验设备,调节主加热板、护加热板以及底加热板的温度。当主加热板与护加热板以及主
加热板与底加热板之间的温度差不超过0.5℃,且主加热板、护加热板以及底加热板的温度波动不超过
0.5℃,持续时间不少于10min时,即达到平衡,记录此时主加热板、护加热板以及底加热板的温度,将
试样在此温度下保持恒定。
4.5.6 在主加热板功率不变的情况下,当试样的表面温度波动不大于试样两面温度差的1%,且不超过
0.5℃,持续时间不少于30min时即达到稳态传热条件,记录此时主加热板功率和试样两面的温度,当
前试验结束。
4.6 结果计算
4.6.1 单试样设备的导热系数计算
单试样设备的导热系数按公式(1)计算,取3位有效数字。
4.6.2 双试样设备的导热系数计算
双试样设备的导热系数按公式(2)计算,取3位有效数字。
5 保护热流计法(方法B)
5.1 原理
保护热流计法(方法B)是在稳态传热条件下,近似一维恒定热流垂直流过圆片状试样上下两表面;
测量通过该圆片状试样的热流量,以及上下表面的温度差,可计算出试样的导热系数和热阻。
5.2 试样
5.2.1 试样形状和尺寸要求见图3和表1,有效试样数量宜不少于3个。推荐试样直径为50.8mm。
5.2.2 试样应无目视可见的裂纹、气泡、分层等缺陷。试样表面应平整、光滑。
5.2.3 试样与上、下均温板具有相同形状和表面积,厚度宜依据所选热流传感器的适用热阻范围,通过
预估试样的导热系数选择合适的厚度。
5.2.4 测试过程中试样不应发生化学反应,不应有物态变化。
5.3 试验仪器
5.3.1 一般要求
测试腔体的结构如图4所示,图4中加压的主体部分采用热流自上而下的垂直结构(上加热板温度
T3高于下加热板温度T6),加压是为保证试样与上、下均温板之间良好热接触,推荐压力为0.138MPa。
此外,测试腔体还宜满足以下要求:
a) 测试腔体表面没有通孔,对必要的通孔采取热密封措施,以避免外部环境气流的影响;
b) 上加热板和下加热板结构相似,内嵌的加热丝和温度传感器构成闭环控温回路,可将上下加热
板控制在设定温度并达到热平衡状态;
c) 上均温板和下均温板结构相似,均由高导热材料(如纯铜)制成,并将温度传感器嵌入与试样接
触表面的中心位置;
d) 温度传感器的温度分辨力不大于0.1℃;
e) 下加热板和热沉之间有隔热垫板,热沉采用内部可通恒温冷却介质的金属夹套;
f) 主体部分置于径向护热炉中心位置,二者同轴且间隙不大于3mm。径向护热炉内部有加热
丝和温度传感器,可控制径向护热炉的温度T7。
5.3.2 试验仪器的标定
下述情况下应对试验仪器进行标定(标定方法见附录B):
a) 试验仪器初次使用前;
b) 用标准试样对试验仪器进行校验,测试误差超出允许范围时。
5.4 试验步骤
5.4.1 在试样的中心及四周相对均布的5个部位分别进行厚度测量,取算术平均值,精确到0.01mm。
5.4.2 在试样上下表面涂抹一薄层导热良好物质(如导热硅脂)。
5.4.3 将试样放在上、下均温板之间并使三者同轴,并施加恒定压力。
5.4.4 关闭测试腔体。
5.4.5 对于每一待测温度均应调整上加热板温度T3 和下加热板温度T6,使上、下均温板的平均值尽
量接近待测温度。
5.4.6 达到热平衡状态时,上加热板温度T3 与下加热板温度T6 的温度差宜介于(30±2)℃,且上均温
板和下均温板的温度差不应小于3℃。
5.4.7 径向护热炉温度T7 宜控制在上均温板温度T4 与下加热板温度T6 的平均值。
5.4.8 当所有温度测量值在10min内的波动不超过0.25℃时,则认为达到热平衡。在热平衡状态下
记录所有温度数据。
5.5 结果计算
试样的热阻按公式(3)计算,取3位有效数字。其中N 和R0 可通过对相邻标定温度下的N 和R0
进行线性插值确定(标定方法见附录B)。
6 闪光法(方法C)
6.1 原理
闪光法(方法C)是依据非稳态热传导原理,使圆片状试样受高强度短时能量脉冲辐射,试样吸收脉
冲能量使背面温度升高,记录试样背面温度的变化,获得脉冲开始照射到试样正面至试样背面温度升至
最大温升一半的所需时间(即半升温时间t1/2),计算出试样的热扩散系数,进而结合试样的体密度和比
热容计算得到其导热系数。
6.2 试样
6.2.1 试样形状、尺寸及数量
6.2.1.1 试样推荐为薄的圆片状,试样直径应不大于激光束斑尺寸,推荐为12.7mm。试样厚度宜满足
背面温度达到最高温度所需时间在40ms~200ms之内,推荐试样厚度为0.5mm~6mm。
6.2.1.2 试样尺寸如图5所示,试样中纤维方向需满足公式(5)。
6.2.1.3 所制备的试样表面应平整,且平行度误差应小于试样厚度的1%,表面不准许有目测缺陷(如
划痕、条纹)。
6.2.1.4 试样数量宜不少于3个。
6.2.2 试样制备
6.2.2.1 测试复合材料层板厚度方向导热系数时,可直接加工得到满足6.2.1.1和6.2.1.3要求的试样。
6.2.2.2 测试复合材料层板面内某一方向导热系数时,需根据导热系数的目标测试方向通过转置拼接
方法制备试样,如图6所示。具体要求如下:
a) 设定测试方向与0o纤维方向夹角为θ,将复合材料层板沿平面内与纤维成(90-θ)角度方向切
割为等规格的样条,样条宽度应比试样厚度大0.5mm,即≥(d+0.5)mm;
b) 将样条翻转90°,并使用环氧类胶黏剂(玻璃化转变温度较导热性能测试温度高10℃以上)将
多根样条拼接得到边长大于6.2.1.1直径要求的方形拼接板材,且拼接时样条侧面施加不小于
0.1MPa的压力;
c) 将拼接板材加工得到满足6.2.1.2和6.2.1.3要求的测试试样。
图6 连续纤维增强的单向复合材料0°方向试样的制备示意图
6.3 试验仪器
试验仪器应符合GB/T 22588的规定。
6.4 试验步骤
6.4.1 在试样的中心及边缘等相对均布的3个部位分别进行厚度测量,取算术平均值,精确至
0.01mm。
6.4.2 对于半透明或透明材料以及高反射率试样,可在其表面喷涂一层不透明涂层材料(如石墨
层),并确保测试过程中该涂层不破裂、不脱落,且喷涂前后试样厚度变化可忽略。
6.4.3 将待测试样装入试样支架中,保证试样方向与脉冲激光同轴,脉冲光源覆盖试样,温度探测器与
试样背面中心同轴。
6.4.4 对于易氧化样品,可在样品室抽真空或充惰性气体。
6.4.5 设置脉冲宽度,推荐0.2ms~0.6ms,且小于t1/2的2%。
6.4.6 设置脉冲能量,应控制测试时试样背面产生的温升不超过3℃。
6.4.7 设置试验温度,并使试样温度达到平衡。
6.4.8 开启脉冲光源照射试样,采用温度探测器测量和记录脉冲作用前后试样背面温度随时间的变
化,获取试样背面温升-时间曲线(见图7)。
6.4.9 对于同一试样相同测试温度下重复试验步骤6.4.5~6.4.8,测试至少3次。
6.5 结果计算
6.5.1 热扩散系数
依据试验获得的试样背面温升-时间曲线,首先确定温度基线和最大温升,得出温度变化ΔTmax,进
而确定半升温时间t1/2,按公式(6)计算试样的热扩散系数α,取3位有效数字。可依据GB/T 22588进
行热损和有限脉冲时间修正。
6.5.2 导热系数
试样导热系数按公式(7)计算,取3位有效数字。
7 试验报告
7.1 护热板法(方法A)试验报告
护热板法(方法A)的试验报告应包括但不限于以下内容:
a) 本文件编号和方法编号;
b) 试样编号、形状、尺寸、数量;
c) 试验设备的型号和类型;
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