《液冷热管理材料高温稳定性及基材兼容性测试方法》 编制说明书

《液冷热管理材料高温稳定性及基材兼容性测试方法》编制说明

一、工作简况

1、任务来源

该标准依托科技部国家重点研发计划《数据中心液冷热管理材料研发与应用示范项目》

（项目编号：2021YFB3803200，2021年12月-2024年11月）的实施内容而起草。

2、制定背景

随着数据中心向大规模、高密度方向发展，高能耗和高散热已成为数据中心发展面临

的重大挑战问题。在传统风冷、单相液冷、相变蒸发冷却等散热冷却技术中，直接浸没单

相液冷技术是解决海量数据吞吐与运算带来的高能耗和高效散热难题的最安全可行的首选

方案。直接浸没液冷解决方案对传统数据中心进行重构，为了保证浸没液冷设备的长期运

行可靠性，液冷热管理材料（冷却液）应该具有较强的长期热稳定性和化学稳定性，同时，

浸没液冷系统中所有浸没在冷却液中的材料以及冷却液循环流经部位的材料（金属、有机

材料等基材），均应与冷却液长期兼容。

目前，在液冷相关领域，关于数据中心服务器系统和冷却液方面已形成了部分标准规

范。但是，现有标准在评价液冷热管理材料（冷却液）的稳定性时，仅考虑了加热后的H+

浓度变化，评价方法单一；在评价基材兼容性时，仅提到了体积变化要求，无具体测试步

骤和方法。

因此，为了较全面地评价液冷热管理材料（冷却液）的高温稳定性及基材兼容性，促

进液冷热管理材料在数据中心中的快速应用，以解决高效散热难题，促进我国双碳战略的

发展，拟制定本团体标准。

3、与已有标准的情况说明

目前，在液冷相关领域，关于数据中心服务器系统和冷却液方面已形成了部分标准规

范如下：

行业标准《YD/T3979-2021数据中心浸没式液冷服务器系统技术要求和测试方法》

和团体标准《T/CCSA272-2019数据中心浸没式液冷服务器系统技术要求和测试方法》规

定了数据中心浸没式液冷服务器及其相关配套运行条件等方面的技术要求与测试方法。行

业标准《YD/T3983-2021数据中心液冷服务器系统能源使用效率技术要求和测试方法》

规定了液冷系统的能源效率技术要求和测试方法。

行业标准《YD/T4274-2023单相浸没式液冷数据中心设计要求》规定了单项浸没液

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冷数据中心基础设施、IT设备、液冷系统等相关的设计技术要求。在化学性质方面，冷却

液宜选择不可燃液体和惰性液体，不与强酸、强碱发生化学反应；冷却液热分解温度应远

高于系统运行最高温度及潜在局部过热温度；要求常用物料（金属、橡胶、塑料、陶瓷等）

均应与冷却液长期兼容。

行业标准《YD/T4024-2022数据中心液冷服务器系统总体技术要求和测试方法》和

团体标准《T/CCSA269-2019数据中心液冷服务器系统总体技术要求和测试方法》中，规

定了液冷服务器系统冷却液技术要求，包括良好的热力学性能（较高的导热系数、高液体

比热值、低粘度等），外观，气味，以及物质兼容性。液体应与大多数金属和硬质无机物

相容，体积和物理性质影响＜1%，应对有机物及弹性体进行索式萃取实验，有机物体积质

量变化＜3%。

行业标准《YD/T3982-2021数据中心液冷系统冷却液体技术要求和测试方法》和团

体标准《TCCSA274-2019数据中心液冷系统冷却液体技术要求和测试方法》规定了冷却

液体的技术要求和测试方法，包括密度、粘度、倾点、传热性能等。在稳定性方面，要求

加速老化高温试验下（一般为80℃，2000h），分解产物浓度含量H+<50ppm（酸碱滴定）。

综上可见，现有标准在评价液冷热管理材料（冷却液）的稳定性时，仅考虑了加热后

的H+浓度变化，评价方法单一；在评价基材兼容性时，仅提到了体积变化要求，无具体测

试步骤和方法。本标准规范更加全面地评价了液冷热管理材料（冷却液）的高温稳定性及

基材兼容性。在评价液冷热管理材料的稳定性方面，提出了高温加速老化试验方法，同时

测定液冷热管理材料（冷却液）的分子结构、酸值以及氟离子浓度变化，最终提出了评价

判断其高温稳定性的具体指标。在评价液冷热管理材料与基材的兼容性方面，提出了具体

的加热浸泡试验方法，主要测定基材的质量变化和体积变化，提出了评价判断基材兼容性

的具体指标。

4、起草单位

本标准起草单位有中国科学院上海有机化学研究所、北京化工大学、浙江巨化技术中

心有限公司、阿里云计算有限公司、浙江音默森网能科技有限公司、东南大学。

本标准主要起草人有：张伟、张亮亮、张丽君、郑卫琴、王树华、周黎旸、钟杨帆、

鲍处谨、张程宾、郑积林、雷志刚、陈建峰、叶鹏飞、胡金波。

主要起草人的分工如下：

序号姓名单位分工

1张伟中国科学院上海有机化学研究所试验验证、草案等资料撰写

2张亮亮北京化工大学资料查询、草案等资料撰写

3

3张丽君中国科学院上海有机化学研究所试验验证、分析测试等

4郑卫琴中国科学院上海有机化学研究所试验验证、分析测试等

5王树华浙江巨化技术中心有限公司资料查询、草案等资料修改

6周黎旸浙江巨化技术中心有限公司结果分析、技术指导等

7钟杨帆阿里云计算有限公司试验验证、草案等资料撰写

8鲍处谨浙江音默森网能科技有限公司资料查询、草案等资料修改

9张程宾东南大学资料查询、草案等资料修改

10郑积林浙江巨化技术中心有限公司试验验证、资料查询等

11雷志刚浙江巨化技术中心有限公司试验验证、结果分析等

12陈建峰北京化工大学结果分析、技术指导等

13叶鹏飞浙江巨化技术中心有限公司试验验证、结果分析等

14胡金波中国科学院上海有机化学研究所结果分析、技术指导等

5、标准编制过程

5.1起草阶段

5.1.12023年3月15日-2023年3月31日，多家单位联合成立了标准制定工作组，工作

组成员单位包括：中国科学院上海有机化学研究所、北京化工大学、浙江巨化技术中心有

限公司、阿里云计算有限公司、浙江音默森网能科技有限公司和东南大学。

5.1.22023年4月1日-2023年4月15日，标准制定工作组组织召开讨论会议，确定了工

作计划和任务分工。

5.1.32023年4月16日-2023年6月30日，标准制定工作组查询了国内外相关标准和文

献资料，开展了试验验证、分析测试以及结果分析等工作，并向中国国际科技促进会标准

化工作委员会提交标准立项申请表。

5.1.42023年7月6日，标准成功立项，并在全国团体标准信息平台上进行公示，项目

计划编号CI2023235。同时标准制定工作组再次组织会议，基本确定标准框架与主要技术

内容。

4.1.5截止2023年7月16日，暂未收到关于本标准立项的异议，标准制定工作组正式

启动标准草案和编制说明的编写工作。

4.2征求意见阶段

2023年8月上旬，标准草案经进一步修改规范后，形成标准征求意见稿，由中国国际

科促会标准化工作委员会在全国团体标准信息平台，面向社会进行公开征求意见。同时由

标准编制工作组组织向相关机构、单位进行定向征求意见。

4.3审查阶段

4.4报批阶段

二、标准编制原则、主要内容及其确定依据，修订标准时，还包括修订前后

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技术内容的对比

1、标准的编写原则

本标准按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草

规则》的规定制定。在制定过程中，查阅了最新的国内外相关标准和文献资料，保证标准

的先进性。通过充分的科学实验论证，保证标准的科学性、实用性和可操作性。文本内容

力求准确、简明、严谨，遵循已有的基础标准，保证标准的规范性。

2、提出本标准的依据

液冷热管理材料的高温稳定性评价采用高温加速老化试验法。液冷热管理材料通常情

况是一类全氟化合物（perfluorinatedcompounds，PFCs，氟化冷却液），该类化合物具

有优良的化学稳定性。在液冷领域的长期传热导热使用过程中（通常10年以上），冷却液

材料的性能质量不应发生任何影响安全性和有效性的变化。高温加速老化实验试验法根据

阿伦尼乌斯反应速率函数的零级、一级和假一级化学反应估算并设计。本方法采用在150℃

高温、空气环境下，对材料进行模拟加速试验验证，测试材料的分子结构、酸值和氟离子

变化情况。由于含氟物质特有的性质，可以通过核磁共振氟谱法（19F-NMR）监测液冷热管

理材料的分子结构变化。核磁共振法不仅方便快捷，而且检测灵敏度高，检测谱图易分析。

在核磁共振氟谱中，有机氟化合物的氟原子均有信号出现，而其它原子不出现信号，且

19F-NMR的分离度好，为氟原子的定性分析提供了方便。酸值acidnumber（也称总酸值，

TAN）：即滴定1g试样到终点时所需要的碱量，以mgKOH/g表示，可以监测液冷热管理材

料中酸性物质的含量变化。液冷热管理材料在高温加速老化试验后，可能会发生极微量的

分解降解，其主要降解产物是氟离子。因此，采用高灵敏度的检测氟离子含量的方法，可

以表明材料本身的稳定性情况。离子色谱法是高效液相色谱（HPLC）的一种，其分离原理

是通过流动相和固定相之间的相互作用，使流动相中的不同组分在两相中重新分配，使各

组分在分离柱中的滞留时间有所区别，从而达到分离的目的。与光度法、原子吸收法相比，

离子色谱法的主要优点是可同时检测样品中的多种成分。只需很短的时间就可得到阴、阳

离子以及样品组成的全部信息。离子色谱法测定阴阳离子的灵敏度高，浓度范围为μg/L

至数百mg/L。

3、制定本标准的基础

本标准制定的牵头单位中国科学院上海有机化学研究所，是一个历史悠久、人才荟萃、

实力雄厚、设备一流、成果丰硕，在国内外享有较高声誉和影响的有机化学研究中心；是

一个集基础研究、应用研究和高技术创新研究为一体的综合性化学研究所。上海有机所以

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多学科交叉为特色，以国家战略和国民经济重大问题为导向，以有机化学基础研究和应用

基础研究为主导，围绕人口与健康、资源与环境、新材料三大领域，重点突出健康和生命、

环境和生态系统、资源利用与开发、新材料、能源开发应用和国家安全等领域中相关的基

本有机化学课题等六大研究方向，带动化学生物学、金属有机化学、有机合成化学、元素

有机化学、物理有机化学、化学信息学、有机材料化学和有机分析化学等八大学科发展。

中国科学院上海有机化学研究所现有2个国家重点实验室、4个中科院重点实验室，以

及面向全所的科研装备齐全的分析测试中心。该中心已通过国家级质量认证和中国实验室

国家认可委员会认可。各类仪器设备超7000台，包括：600M核磁共振仪（NMR）、傅立叶

变换红外光谱仪（FT-IR）、高分辨液相色谱仪-质谱联用仪（HPLC-MS）、气相色谱仪-质

谱联用仪（GC-MS）、紫外-可见光光谱仪（UV-Vis）、扫描电子显微镜、扫描探针显微镜、

偏光显微镜、热重分析仪、差示扫描量热仪、凝胶色谱仪、X射线衍射仪、原子发射光谱

仪、以及高分辨等离子质谱仪（HR-ICP-MS）等。中科院上海有机所在液冷热管理材料的

分析测试方面具有较强的科研实力，已分析测试并研究了多种液冷热管理材料的稳定性、

基材兼容性等性能。

参与本标准制定的其他单位包括北京化工大学、浙江巨化技术中心有限公司、阿里云

计算有限公司、浙江音默森网能科技有限公司和东南大学，上述单位在液冷热管理材料的

分子设计、批量化合成制备、分析测试、性能评价以及在数据中心冷却系统中的工业应用

均具有良好的基础。

4、实验内容

液冷热管理材料（冷却液）的高温稳定性及对基材的兼容性决定了液冷热管理材料的

使用寿命及可靠性。在直接浸没液冷环境下，冷却液长期接触空气、水分以及各种设备基

材，可能会发生分解降解，其主要的表现在冷却液材料分子结构的变化、酸值的变化以及

氟离子浓度的变化。所有浸没在液冷热管理液体材料中的基材（金属、有机材料等）与冷

却液接触，可能同时发生两种作用，一种是材料吸收液体，另一种是材料中的可溶性组分

从材料中溶解析出。其最明显表现就是材料的质量或体积发生变化，即当吸收大于析出时，

材料质量或体积增加；或者当析出大于吸收时，材料的质量或体积发生减小。

本规范通过在可控的试验条件下，通过高温加速老化试验法，测试液冷热管理材料

（冷却液）的分子结构、酸值以及氟离子浓度变化，判断其高温稳定性。通过加热浸泡法，

测量浸泡前后基材样品的物理性能来判定冷却液对基材样品的兼容性。如果液冷热管理材

料通过高温加速老化试验测试后，其分子结构、酸值以及氟离子浓度无明显变化，则定义

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液冷热管理材料是稳定的；如果浸没在冷却液中的基材与冷却液之间经过化学反应和物理

反应后没有明显发生变化，则把它们定义为是兼容的。本测试规范定义了浸没式液冷系统

应用过程中液冷热管理材料的高温稳定性以及对基材的兼容性测试方案和要求。

5、实际应用效果

通过多家应用单位的使用验证，采用本标准的测试方法和评价方法，能够表明液冷热

管理材料的稳定性和基材的兼容性。该标准对于数据中心浸没液冷系统中液冷热管理材料

的选取、使用、测试等环节具有重要的技术指导作用。

三、试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效益、社会效

益和生态效益

1、主要试验或验证的分析

本标准采用高温加速老化试验方案（SimplifiedProtocolforAcceleratedAging）

测试液冷热管理材料的高温稳定性，在150℃高温、空气环境下，对材料进行模拟加速试

验验证，测试材料的分子结构、酸值和氟离子变化情况。

加速老化实验方案根据阿伦尼乌斯（Arrhenius）反应速率函数的零级、一级和假一

级化学反应估算并设计。这一函数是依据大量化学反应的研究结果，化学反应产生变化的

反应速率的增加或降低按照以下公式：

r=dq/dt=Ae-Φ/kT

式中：r是反应进行的速率；A是材料的常数（频率因子）；Φ是表观活化能

（eV）；k是波次曼常数（0.8617X10-4eV/K）；T是绝对温度。公式经简化可以用“10度

原则”表示如下：

r=dq/dt=C2[T2-T1]/10

对于已经表征确定的材料分子，加速老化试验的简化试验方法是基于进行试验时在单

一加速温度条件下，并且采用的原则是化学反应速率每增加10˚C随Q10因子的增大而加速。

对于常用的材料所选择的典型关系是Q10=2（上式10度原则中的2），也就是说在高于使用

或储存温度时，每增加10˚C反应速度加倍（范特霍夫规则）。简化试验方案是和零级、

一级阿伦尼乌斯行为一致的，这种关系对于已经表征的大部分材料是适用的。

以下是采用简化“10度原则”设计加速老化试验的步骤：

（1）确定材料配方中的成分，特别是确认这些成分的质和量，所有的添加剂（例如

抗氧化剂）、填充剂和加工助剂。本测试方法中使用的全氟聚醚是单一稳定的材料，其降

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解的基本原理符合阿伦尼乌斯反应速率。

（2）老化试验的温度不超过材料的玻璃化温度（Tg），熔融温度（Tm），结晶形成

温度（Ta），或低于10˚C热变形温度（THDT-10˚C）。

（3）选择反应速率系数Q10=2。

（4）选择产品在正常使用条件的环境温度，为了在最大程度上缩短试验时间，选择

加速老化试验的温度尽可能高。

（5）对于所选择的加速老化温度，加速老化试验时间和工作温度下的寿命时间关系

如下：

（T1-RT）/10

TimeT1=TimeRT/Q10

TimeT1为加速老化试验时间，TimeRT为工作温度下的寿命时间。根据上述公式，推算

的加速老化温度试验T1、试验时间TimeT1和使用寿命TimeRT对应如下表：

加速老化加速老化试验时工作温度下的使用

反应速率系

试验温度工作温度RT间TimeT1寿命TimeRT

数Q10

T1（天）（年）

100502114.0610

100502228.1320

11050257.0310

110502114.0620

12050228.5210

12050257.0320

13050214.2610

13050228.5220

1405027.1310

14050214.2620

1505023.5610

1505027.1320

因此，本测试方法中，T1选取150℃，RT选取50℃，Q10选取2，时间TimeT1选取192小

时（8天），可以充分加速液冷热管理材料的高温稳定性试验验证。通过高温加速老化试

验法，测试液冷热管理材料（冷却液）的分子结构、酸值和氟离子变化情况。

液冷热管理材料（冷却液）对基材的兼容性情况评价采用加热浸泡测试法。加热浸泡

法是在特定容器中盛有一定量的液冷热管理材料（液体），并将待测的基材样品浸泡其中，

在特定的温度下保持一段时间让其充分反应。待浸泡结束后，测试并记录基材样品的质量

变化、体积变化和微观形貌，判断是否满足使用要求。加热浸泡法可以初步快速判定基材

材料浸泡在液冷热管理材料（液体）中的兼容性情况。针对有