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材料负离子发生量的测试方法
时间:2013-6-3 17:36:18    来源:    作者:    点击:1556次

1  范围

本标准规定了产生负离子功能材料及其制品的负离子发生量测试方法。

本标准适用于粉体、浆体及建筑涂料、各类板材、纤维织物等材料的负离子发生量测定。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误内容)或修订版均不适用于本标准,然而鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的应用文件,其最新版本适用于本标准。

GB50073-2001  洁净厂房设计规范

3  术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

3.1  

空气负离子  negative air ions

空气负离子是O2-(H2O)nOH-(H2O)n CO42-(H2O)n  (n=8-10)

3.2  

空气离子静态测定法  static testing on air ions

空气离子静态测定法是不需要气流通过采集器的条件下,采集空气中离子的方法。

3.3

空气离子动态测定法  dynamic testing on air ions

空气离子动态测定法是采用平行板电容器或圆桶式电容器作为离子采集器,强制空气流通过采集器的条件下,采集空气中离子的方法。

4  原理

    给离子采集器加载一定电压,形成电场捕获空气离子,通过泻放电路将捕获到的电荷泻放到一个电容器Cm,s通过连续检测电容器Cm,s捕获材料产生或诱生空气离子的电量引起的电压的变化,来测定材料产生或诱生空气离子浓度。

5  仪器和设备

5.1  空气离子采集器

5.1.1  封闭式离子采集器

    采集器用于空气离子静态测定,由高压极、离子收集极和屏蔽壳构成,采集器示意见图1,高压极固定在下屏蔽壳内,收集极固定在上屏蔽壳内,离子收集极和高压极两极距离d 5mm,收集板直径φ1140mm,极化板(高压极)直径φ2170mm。被测量材料置于高压极板上,盖上上屏蔽壳,在高压极加上适当高电压,在高压极与收集极和屏蔽壳之间形成电场。

1 封闭式离子采集器示意图

 

5.1.2格栅式离子采集器

格栅式离子采集器用于空气离子静态测定,采集器由一组等间距的高压格栅、收集格栅和接地杆构成,采集器示意见图2,高压格栅与箱体连成一体。高压格栅、收集格栅和接地杆之间互相绝缘。被测量制品置于高压格栅上,收集极格栅不能接触到被测量制品。被测制品产生的离子进入高压格栅与接地杆和收集格栅形成的电场,被收集测量。

                      2. 格栅式离子采集器示意图

 

5.1.3空气动态测定离子采集器

对于空间较小的室内,使用圆筒式离子采集器,示意见图3,离子采集器的口径大于等于1 cm2,小于等于10 cm2,通过抽气泵使空气进入并通过采集器,同时收集空气离子。

3. 空气离子动态法测定原理示意图

5.2  测试系统

5.2.1 测量电路

测量电路是由高输入阻抗放大器与精密电容器组成积分电路,测试电路和控制电路原理示意见图4。测量采用漂移法,接通电源处于复位状态,使RL1RL2闭合,在离子采集器上加高压,此时收集到的离子电流通过RL1泄放。打开RL1,进入测试状态,收集到的离子电流在标准测量电容 上累积,输出电压开始缓慢上升(或下降,取决于高压的极性),当漂移的速度稳定后,记下电压 并开始计时。当电压漂移到 ,记下漂移时间t。测量电流I用下式计算:

                                                   1

4 测试电路原理和控制电路原理示意图

 

5.2.2 测量电路的测试参数

5.2.2.1输入阻抗:≥5 × 1012 Ω

5.2.2.2输入偏置电流:≤10-14 A

5.2.2.3分辨力:≤10-15 A

5.3测试仓

5.3.1负离子发生量静态测定用测试仓:0.4m3测试仓,长×宽×高为700mm×660mm×840mm,材质不锈钢。

5.3.2 负离子发生量动态测定用测试仓: 1m3的玻璃仓(结构如图5),带有空气过滤装置。测试仓内部尺寸:1200mm×1040mm×800mm

 

 5 动态法测试仓示意图

 

5.4  温度计:精度为0.1

5.5  湿度计:精度为1%

5.6  天平:感量为0.01g的天平

5.7  托盘:用于盛粉料样品由绝缘材料制成,直径为20mm,高度为2mm的托盘五个。

6  试验方法

6.1  一般条件

6.1.1  环境温度:20~25

6.1.2  环境相对湿度:40%~60%

6.1.3  环境气压:1.013×105± 5% Pa,如超过5%,应对结果修正。

6.1.4  试验室洁净度:符合GB50073-2001要求,万级洁净度含尘浓度≥0.5μm350/L

6.1.5其他要求

验室采用单独供电净化电源;

—测试中的计算机不能启用其它应用程序;

验室内不能有剧烈震动和噪声;

验时室内避免空气大幅度流动,实验设备接地良好。

6.2试验步骤

6.2.1试样的制备

6.2.1.1试样制备一般要求:在标准测试条件下放置24h后进行测量。在试样受潮影响其测量结果时,须将其置于(100±2)℃干燥箱中烘1h。对于不耐高温的试样(如木板、壁纸),须将其置于(60±2)℃干燥箱中烘干1h取出,冷却至室温,在标准测试条件下放置备用。

6.2. 1 .2用于静态测定封闭式离子采集器的粉体试样制备:粉体试样通过0.106mm筛孔,试样质量5g(或10g),均分放入五个样品托盘中并铺平,再将各个托盘中的试样分别放在高压极板上所指定的五个位置上。

6.2.1.3用于静态测定格栅式离子采集器的试样制备:硬质表面试样(例如:陶瓷、木地板等)制备成500mm×500mm。涂料等试样按照规定涂刷量涂刷在500mm×500mm的平面金属板上并养护7天。织物、壁纸类试样采取将试样紧绷在500mm×500mm的平面金属板上。要求制备成的试样表面平整洁净。

6.2.1.4用于空气动态测定离子采集器的试样制备

6.2.1.4.1  浆料或涂料类试样的制备

将试样搅拌均匀,按300g/m2的涂刷量涂刷到0.5m2四块测试板(共计2m2)上,自然条件下完全干燥后将四块测试板放入1m3测试仓中,除去测试仓门的一面外三个侧面和仓底面各摆放一块测试板。

6.2.1.4.2 成型试样的处理

试样的取样量按照产品具体使用中测试仓体积/面积比取样,如地板、地砖类试样按照体积/面积比10.4取样,壁纸壁布、装饰板按照体积/面积比12取样。

6.2.2材料负离子发生量静态测定

6.2.2.1 准备:将样品按要求放入采集器,将采集器放于0.4m3测试仓中。

6.2.2.2测试:测试电容器Cm,s两端的电压,采用计算机连续采集数据,每秒钟采集5个点,每次采集时间不少于1000秒。

6.2.2.3空白本底测试:对未放试样的空采集器进行负离子量测试,测试步骤按6.2.2.2

6.2.3  材料负离子发生量动态测定

6.2.3.1  准备:开启仓门,开启换气风扇使清洁空气进入仓内(开启时间20min),维持仓内温度、湿度稳定后,将试样放入测试仓内密闭。

6.2.3.2 测试:采集器进风口距离试样100mm,在试样被密闭24h后进行测量。每次测试采集6个数据,密闭10min后再采集6个数据,共测试318个数据。

6.2.3.3 空白本底测试:对测试仓空仓进行负离子浓度测试,除在测试仓中不放样品外其他按照第6.2.3.1条和第6.2.3.2条进行试验。

 

7.结果计算及处理

 

7.1材料负离子发生量静态测定

7.1.1采集到的空气离子个数计算

电容器Cm,s两端电压的测试,采用计算机连续采集数据,每秒钟采集五个点,每次采集时间不少于1000秒。电压随时间t的变化关系为

                                                          (2)

式中,e     ——每个离子的电量,单位为库仑(C

Cm,s  ——电容,单位为法拉(F

n   ——单位时间内采集到的空气离子个数,单位为 个

t   ——采集时间,单位为秒(S

在仪器的测试过程中,计算机通过程序控制采集上的电量q随时间t的变化关系。采用数值分析计算软件对数据进行剔除随机出现的干扰信号导致的粗大误差,然后利用数学曲线拟合程序对数据进行直线拟合,做出U(t)直线,求出斜率k,可以得到该条件下采集到的空气离子个数:

                                                      (3)

式中,e   ——每个离子的电量,单位为库仑(C

Cm,s ——电容,单位为法拉(F

n  ——单位时间内采集到的空气离子个数

k  ——斜率  

7.1.2粉体试样的负离子发生量计算

                                                          (4)

式中,e    ——每个离子的电量,单位为库仑(C

Cm,s  ——电容,单位为法拉(F

m   ——被测试样的质量,单位为克(g

k   ——斜率,

Pm   ——单位质量粉体负离子发生量,单位为  /

7.1.3制品试样的负离子发生量计算

                                                      (5)

式中,e  ——每个离子的电量,单位为库仑(C

Cm,s——电容,单位为法拉(F

PA ——制品单位面积负离子发生量,单位为  /

k  —— 斜率,

A  ——被测试样的面积,单位为平方厘米(cm2

7.1.4  材料负离子发生量静态测定的评价:采集器中放置试样和不放置试样的测试值的差即为该材料的产生空气离子的能力。

7.2材料负离子发生量动态测定

7.2.1空气离子浓度的计算

空气离子采集器进口处空气平均离子浓度 (6)计算

                                            6

式中, ——质量浓度,单位为kg-1

      Vt    ——t时间的电压值,单位为伏特(V

      V0    ——0时间的电压值,单位为伏特 (V)

Cm,s   ——电容,单位为法拉(F

t   ——测量时间,单位为秒(s

e   ——每个离子的电量,单位为库仑(C

——平均空气质量流量,单位为千克/立方米(kg/m3

标准条件下(环境温度为20,大气压力为101.32 kPa时)体积浓度 与质量浓度 的关系为

                          7

式中, ,标准条件下的空气密度,单位为

——质量浓度,单位为kg-1

——体积浓度的单位为m-3

7.2.2 离子收集效率测量与修正

离子收集效率与离子采集器极化电压、极间距、收集长度、和空气通过离子采集器的气流速率等因素有关。如果通过离子收集器的全部离子为100%,未收集到的离子为 ,则收集到的离子为 。当其他因素相对固定,且收集长度足够长, 主要是复合损失。复合损失与极化电压的平方成反比。在离子收集效率接近90%以上的区域改变极化电压,测量对应的离子电流或电荷,通过线性外推计算出复合损失,进行测量修正。   

7.2.3测量后的数据处理:去除在四倍标准偏差外的数据,余下的取测试数据的算术平均值为该条件下负离子浓度平均值。

7.2.4结果分析:试样的负离子浓度平均值与空白本底负离子浓度平均值的差值,作为该试样的负离子浓度平均增加量。

8  试验报告

   试验报告应包括以下内容:

a)  本标准编号;

b)  试样类别及必要说明;

c)  所用验方法;

d)  仪器型号;

e)  试验条件,注明验的温度、湿度条件和测试日期;

f)  测试结果;

g)  本测试未作规定的附加操作;

h)  测试人员及日期;

i) 可能影响结果的任何因素。

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