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碳纤维棉的热性能以及碳纤维棉的电性能

发布时间:2018-09-04 09:19     人气: 网址:http://www.kioskholo.com/

碳纤维棉具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性,除少量纤维以碳元素形态存在,大多制成先进的复合材料广泛应用于土木建筑、航空航天、体育用品和交通运输领域等。
 
一、碳纤维棉的热性能
1.热导率:
  碳纤维棉主要是靠格波传热。格波是量子化的,其量子叫做声子(Phone);热导率的大小与声子的平均自由行程有关,而平均自由行程与石墨层面La相关。实验表明,La愈大,热导率λ也愈大。对于PAN基碳纤维棉T300,热导率约为615W/m·k,T800为26W/m·k,M40为85W/m·k;对于中间相沥青基碳纤维棉P2120,热导率约是铜(398W/mk)的116倍,是铝(237W/m·k)的217倍。
  热导率具有方向性平行于纤维方向:16.74W/(m·K);垂直于纤维方向:0.837W/(m·K)
  温度升高,热导率下降。
2.热膨胀系数:
  CF的热膨胀系数具有各向异性的特点:平行于纤维方向为负值;垂直于纤维方向为正值。
3.热辐射:
  碳纤维棉通电后电热效率的能量平衡如下:
  式中,W:电功率;TS:束丝表面温度;D:束丝直径;;TA:周围环境温度;L:束丝长度;H:对流传热系数;σ:斯蒂芬-玻尔兹曼常数(56.7nW/m2·K4)。
  在高温区,以辐射传热为主,上式可简化为:。
  如果环境温度TA、束丝直径D和束丝长度L为一定值时,则上式可写为:。
  辐射功率密度Wb与束丝表面温度T(Ts)成四次方关系。这就是著名的斯蒂芬-玻耳兹曼四次方定律。辐射波长λmax与温度T有以下关系,即
  λmax·T=2897
  这就是著名的维恩-葛利琴位移定律。温度愈高,热辐射波长愈短。热辐射能的载体仍是电磁波,波长为018~40μm范围内的红外区;其中,90%的热辐射波长在215~13μm范围内,电热转换效率在90%以上,节能效果十分显著。
碳纤维棉  
 
二、碳纤维棉的电性能
1.电阻率:碳纤维棉的电阻率Sb可用下式计算:
  其中:Sb:碳纤维棉的体电阻率(Ω·cm)
  Rb:试样长L的电阻(Ω);
  L:测电阻时的试样长度(cm)
  t:试样的纤度(tex)
  ρ:试样的体密度(g/cm3)
  碳纤维棉的体电阻率Sb除与测试长度L及其电阻有关外,还与纤度和体密度有关。PAN基碳纤维棉电阻率与K数、测试长度的关系。碳纤维棉T300的K数与纤度的关系。所以,根据设计要求,可选择不同类型、不同K数和不同长度的碳纤维作为电热源,满足不同需求。
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