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Trident™ 熱傳導儀應用：使用 TLS 針狀探棒測試顆粒材料
前言
顆粒材料（如聚合物顆粒、礦物骨材等）使用平面型感測器進行熱傳導率測試時，往往極具挑戰性甚至根本不可行。材料在感測器有效作用區內存在的表面接觸面積與孔隙體積比例，容易因熱量從感測器傳遞至樣品的不良而引入誤差，最終導致測量結果產生偏差。瞬態線熱源（Transient Line Source, TLS）是一種針狀探棒型感測器，透過探棒所提供的大接觸表面積，為此類顆粒樣品的測試提供了理想的解決方案。TLS 同樣適用於從漿料到地質岩芯樣品等多種形態材料的測試。關於樣品適用性與測試要求的更多資訊，可參閱 ASTM D5334 與 ASTM D5970 標準。
圖 1 碎石骨材顆粒材料樣品
實驗細節
標準 TLS 探棒外部完全由不銹鋼護套包裹，長度為 150 mm。測試時，感測器探棒必須插入樣品介質中，確保探棒被完全包覆。對於軟質固體、液體和未固結的散裝材料，針狀探棒可直接插入樣品中，插入過程中需特別注意避免探棒發生任何彎曲。對於較緻密的材料，可預先鑽出與感測器直徑緊密匹配的引導孔，並可使用液體以改善樣品與探棒之間的熱接觸。在適用的情況下，可使用密封容器來容納測試樣品。如同所有瞬態技術一樣，在開始測量之前必須讓整個測試系統達到熱平衡。樣品內部的溫度梯度以及樣品與探棒之間的溫差，都會導致測量數值出現較大誤差，並造成重複測試之間的不一致性。
實驗結果
圖 2（左）配備 TLS 針狀探棒的 Trident 主機；（右）TLS 探棒插入樣品槽中進行測試。
以下重點展示了在非均勻粒徑分佈（直徑約 0.5 mm 至 <0.1 mm）的碎玻璃骨材上收集的測試數據。所有數據均在室溫與常壓條件下（15 ~21 °C）測得。共進行了三次獨立測量，每次測量之間均讓系統穩定 10 分鐘後再啟動下一次測試。
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測試序號 |
熱導率 (W/m·K) |
測試環境條件 |
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測試 1 |
0.102 |
室溫常壓 (~21°C) |
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測試 2 |
0.103 |
室溫常壓 (~21°C) |
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測試 3 |
0.102 |
室溫常壓 (~21°C) |
結論
上述數據展示了一個基礎應用範例，而許多研究與工業團隊更關注在高溫環境下的測試能力。標準 TLS 感測器支援高達 180°C 的測試溫度，可涵蓋大部分地質材料與通用大宗聚合物；而 C-Therm 的 TLS-HT300 感測器則將標準溫度範圍擴展至 300°C，並支援在高壓環境下（最高達 3000 PSI）進行測試，是評估深部地質探勘材料以及高性能工程聚合物的最佳解決方案。此外，TLS-HT300 的探棒長度為 100 mm，這意味著浸沒有效測量區域所需的樣品量更少。這兩種 TLS 感測器型號均可在 C-Therm 的 Trident 平台上全面支援。
關於 C-Therm Technologies
C-Therm 是全球熱導率分析儀器領域的領導品牌，專注於聚合物、陶瓷、複合材料、保溫絕熱材料、紡織品及各類先進材料的熱物性測試與量測。欲了解更多關於 C-Therm Trident 熱導率儀器的詳細資訊，歡迎造訪官方網站或與我們聯繫。
