在石油、化工、供暖等领域中，蜡式恒温阀是一种自力式调节器，有着广泛的应用。国外近年来结合感温蜡的特性对这类
调节阀微型结构的研究比较成功，也有专门对混合蜡物理性质测试新手段的研究。国内对这类
阀门的研究集中在阀门的应用、感温包的弹簧调整和感温蜡与普通石蜡的特性比较上。本文主要针对感温包中感温蜡的调配规律并结合熔点和
膨胀率特性进行实验研究。
一、蜡式温控阀的工作原理
蜡式温控阀的结构如图1所示，恒温阀主要由阀体和感温自力
执行机构组成。热流体从侧面进入阀体，冷流体则从下端进入，由自立执行机构自动调节冷热流体流量比例以控制出口流体温度。其中自力执行机构主要由感温包、阀杆、调节弹簧和套筒组成，如图2所示。
感温蜡密封在感温包内，感应出口流体温度的调节和感温蜡体积的膨胀（或收缩）都通过横膈膜、锥形橡胶体来推动阀杆工作。工作时，感温包中感温蜡输出膨胀力；弹簧组调节输出力，并在温度降低时帮助阀杆复位；阀杆推动套筒，通过套筒的不同开度调节冷热流体的流量比例从而实现控温。感温包是恒温阀的核心部件，设计不同额定温度的恒温阀就要使用相应膨胀性能的感温蜡，蜡的热膨胀性直接影响恒温阀的控温性能，因此对感温蜡的研究十分重要。
石蜡的体积膨胀与温度和压力有关系，当压力变化不大时，可以只考虑温度的影响。石蜡是烷烃的混合物，其相变温度主要由组成的各种烷烃熔点决定；组成烷烃的熔点及质量分数都对石蜡的相变温度及熔程有影响。应用中感温蜡常由两种或更多种原料蜡调配而成。为了研究如何通过调配控制其相变区间和膨胀区间，用十八烷和二十烷以不同的比例混合；测定每组混合物的熔点和膨胀率，并对结果进行分析，研究石蜡的调配规律。应用中一般还要添加铜粉来提高其导热性，铜粉的添加方式对复合材料的膨胀率有一定影响，但不会改变其膨胀温度区间。
二、实验过程
1、材料和仪器
材料：阿发艾沙公司生产的十八烷和二十烷，质量分数为99%。
仪器：膨胀率测定装置，结构如图3所示；国产显微熔点仪；国产HH2S2S数显恒温水浴锅等。
2、实验步骤
A、混合和装样
由于十八烷和二十烷的密度几乎相同，因此以不同的质量比混合即相当于以不同的体积比混合。从纯十八烷样品开始，每组混合物以十八烷质量分数递减10%的比例与二十烷混合。每次将混合物加热至液态并用搅拌器搅拌1～2h后装入密封钢体，冷却至室温后再调整石蜡的量直至旋紧顶盖后会有多余石蜡从小孔挤出，再取走挤出的石蜡，这就确保了每次装样都有相同的初始体积。每次测量前在移液管中先加入适量的水以方便测量开始时的读数。
B、膨胀率的测定
密封刚体放在水浴的环境里进行加温，每次达到测量温度后恒温0.5h再读数。移液管内径均匀，石蜡的体积变化ΔV=AL，其中A为移液管内横截面积，L为移液管中液面的上升高度。初始体积为密封腔体积V
0，则膨胀率为ΔV/V
0。每次实验达到每次的恒温温度和移液管内液面的上升高度L可计算出样品蜡的感温膨胀率，每组混合物都先每隔1～2℃进行膨胀率测量，再根据测得的熔点在每个样品熔点附近温度进行更为准确的膨胀率测量。以十八烷质量分数为10%的混合物为例，表1列出了随温度变化移液管液面的高度和计算得到的膨胀率。以温度为横坐标，膨胀率为纵坐标可以得到各混合物的膨胀率变化曲线。以二十烷的质量分数为横坐标，最大膨胀率为纵坐标可以得到最大膨胀率变化曲线（见图4）。以温度为横坐标，膨胀率为纵坐标，可以得到每组混合物的感温膨胀率曲线（见图5）。
3、熔点的测定
熔点是石蜡最重要的性能参数，关于石蜡熔点的测定方法有很多报道。显微熔点仪是通过显微镜观察加热过程中混合物的状态来确定其熔点的。测定时，在能被显微镜观察到的前提下应尽量取小体积晶体，这样对晶体熔化可以观察得更为清晰，得到的熔点更准确。用数字熔点仪测得结果后，再与显微熔点仪观察到的结果进行比较，结果基本相同，证明两种手段得到的数据都是可靠的。表2中列出了每组混合物熔点和膨胀率的相关参数。
三、实验结果分析
由表2的熔点和图5膨胀率曲线的比较可以得到，各组混合物的膨胀特性不但与其熔点关系密切，且与组成混合物的两种单质各自的膨胀特性有关。十八烷与二十烷单质的膨胀曲线具有相同的形状，都在最窄小的温度区间内基本完成了体积膨胀，熔点在膨胀区间的中央。它们的区别是各自最大的膨胀率和温度区间不同，二十烷最大膨胀率要大于十八烷。从图4上可以更明显地看出最大膨胀率的变化趋势，随着二十烷质量分数的增加，膨胀率的增加呈现两个不同的阶段。二十烷的质量分数小于40%时，膨胀率的增长速率要比二十烷的质量分数大于50%的混合物更明显。二十烷的质量分数大于50%时，随着两种烷烃比例的变化，混合物的膨胀率变化比较缓和。混合物最大的膨胀率都没有超过膨胀率较大的单质的膨胀率。
混合物的膨胀性能受两种单质的熔点和膨胀性能的双重影响，如图6所示。十八烷的质量分数为90%的混合物的熔点要低于十八烷单质，其膨胀区间也明显从相变区间往高温区间移动，且最大膨胀率也高于十八烷单质。随着二十烷质量分数的增大，混合物膨胀区间往高温区间移动的幅度减小，最大膨胀率逐渐增大。最终混合物的最大膨胀率趋于稳定，但始终小于二十烷单质。当二十烷的质量分数小于40%时，混合物相变区间逐渐在膨胀区间中央，相变区间与膨胀区间更为一致。
四、结论
1、混合物的膨胀性能受混合物熔点和各组分膨胀性能这两个因素的综合影响。以熔点高、膨胀率大的石蜡为主要成分加入低熔点石蜡更容易调配出相变和膨胀区间较为一致、膨胀率变化更加稳定的混合蜡。
2、二十烷的质量分数大于50%时，随着二十烷质量分数的增加，混合物最终的膨胀率变化趋于稳定且小于二十烷。
3、最大膨胀率大的单质对混合物膨胀性能影响更大，最大膨胀率小的单质使混合物的最大膨胀率始终低于高膨胀率单质。
