一、标准背景与意义

1. 核心目标

• 开发加速绝热量热法（ARC）标准，用于评估材料在加工、储存和运输中的热稳定性，预防因热分解、氧化等反应引发的火灾或爆炸风险。

• 通过统一测试方法，便于全球化学品安全评估的跨区域对比。

2. 技术价值

• 提供热分解动力学参数（如活化能、反应级数），量化材料热失控风险。

• 支持催化剂、抑制剂等因素对反应影响的研究。

二、应用范围与限制

1. 适用场景

• 设备：近绝热条件下测量温度、压力数据的量热设备，涵盖真空至容器 / 传感器额定压力，温度范围通常为环境温度至 500°C。

• 数据：通过时间 - 温度 / 压力数据计算热力学参数（如绝热温升、反应热）。

2. 局限性

• 依赖样品与容器间的热传递效率，高低自加热率跟踪可能不可靠。

• 吸热反应难以定量测量，多重反应时动力学模型可能失效。

• 热惯性因子差异可能导致反应机制模拟偏差，需考虑自催化反应可能性。

三、关键术语定义（部分示例）

四、测试流程与设备要求

1. 操作程序

• 校准：定期校准仪器，使用相同材质 / 尺寸的空容器，验证温度范围和漂移误差。

• 样品准备：装入干净容器，可重复使用但需确保清洁；如需搅拌，使用专用容器。

• 测试循环：加热 - 等待 - 搜索模式，绝热追踪放热反应（温升速率 > 0.02°C/min 时触发）。

• 数据记录：全程记录温度、压力数据，测试后分析顶空气体和残留物。

2. 设备组件

• 核心部件：量热仪、样品容器（如钛或哈氏合金球体）、温度 / 压力传感器、可编程控制器。

• 安全要求：配备通风和屏蔽装置，防止容器破裂或有害气体泄漏；禁止解除安全联锁。

五、关键计算与参数

1. 热惯性因子（Φ）$\Phi =\frac{\Delta T_{ad}}{\Delta T_{obs}}=\frac{M_S{C}_S+M_b{C}_b}{M_S{C}_S}$

• $M_S$：样品质量；$M_b$：容器质量；$C_S/C_b$：样品 / 容器比热容。

2. 绝热温升与反应热

• 实测绝热温升：$\Delta T_{obs}=T_{final}-T_{start}$

• 理想绝热温升：$\Delta T_{ad}=\Delta T_{obs}\times \Phi$

• 反应热：$\Delta H=\Delta T_{ad}\times C_S$（需准确已知比热容）。

3. 动力学参数

• 反应速率常数：$k=A{e}^{-E_a/RT}$（阿伦尼乌斯方程）

• 活化能（$E_a$）和指前因子（$A$）通过斜率拟合计算。

六、安全注意事项

1. 风险评估

• 测试前评估样品的热稳定性、冲击 / 摩擦敏感性，避免处理高风险物质。

• 检查压力释放装置的腐蚀 / 损坏情况，防止有毒气体泄漏。

2. 操作规范

• 在通风良好环境中开启量热仪，释放压力时佩戴防护装备。

• 控制样品质量和能量释放，避免容器过压破裂；禁止修改设备关键部件。

七、报告与附录

1. 报告内容

• 设备参数（容器类型、顶空气氛、比热容）、测试条件（温度步长、等待时间）。

• 放热反应数据（起始 / 结束温度、TMR、最大放热速率、绝热温升）及图表（如自加热速率 - 温度图）。

2. 附录示例

• 过氧化二叔丁基（DTBP）、偶氮二异丁腈（AIBN）等典型物质的测试数据，展示自加热速率与温度的关系曲线，验证设备性能。

八、总结

ASTM E1981-22 标准通过加速绝热量热法提供了量化材料热稳定性的科学框架，适用于化工、制药等领域的风险评估。其核心在于通过绝热条件下的温度 / 压力数据，结合动力学模型预测热失控风险，同时强调设备校准、安全操作和数据准确性的重要性。实际应用中需注意方法局限性，结合具体场景调整测试参数，并严格遵循安全规范。

ASTM E1981-22 标准指南解析：通过加速速率量热法评估材料热稳定性.pdf