一种测定纤维导热系数的方法技术

本发明专利技术涉及一种测定纤维导热系数的方法，该方法首先是通过缠绕法或胶粘法将待检测纤维均匀平行缠绕或胶粘成N种不同排列角度的测试样，再依次进行测试样导热系数的测定及数据处理。与现有技术相比，本发明专利技术测试原理简单，制样过程方便，且不破坏样品的内部结构，测试稳定，可直观反映该纤维导热系数在纤维不同方向上的整体分布，可以解决现有技术不能明确纤维各向结构与导热系数的对应关系的问题，并且实现热线法测试非均质或各向异性材料的导热系数，能综合评价纤维导热性的优劣。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料导热系数测定
，涉及一种测定纤维导热系数的方法。
技术介绍
纤维是一类柔软、细长的材料，被广泛应用于航空航天、医疗、军事、能源、建筑等工程领域，其导热系数的大小是影响不同纤维品种应用范围的重要因素之一。因此，对纤维的导热系数进行测定并进一步评价其导热性能具有十分重要的意义。然而，由于纤维形态特殊，尺寸纤细，因而单根纤维导热系数的测量难度较大，目前尚无纤维导热系数标准化的测试方法。对于纤维导热系数的评价，大多是对纤维/树脂复合材料进行测试来获知整体材料的导热性能，也有直接用纤维束的导热系数来表示纤维导热性能的做法，但是该方法制样过程复杂耗时，对制样的技术要求较高，影响测试结果的因素较多，且由于纤维单丝存在结构、导热性能方面的各向异性，故还存在不能明确纤维结构与性能对应关系的问题。材料导热性能的测试方法有稳态的双平板法和保护热板法，也有非稳态的热线法、平面热源法和激光闪射法。热线法具有测量时间短、测量精度高、适用范围广等优点，可作为测试纤维导热系数的基本方法。其测量原理为：假定固体介质中存在一个理想的无限细且无限长的线状热源(即热线)，在该线状热源的作用下，线状热源本身及周围的温度都将上升，且线状热源温度上升的快慢将取决于其周围介质导热系数的大小。热线法的热源为线状，与热流方向为点状或四散状的热源不同，线状热源的热流在待测试样中的传递具有一定的方向，故更适合于测量均质或者各向同性的材<br>料，而对非均质或各向异性材料的测量则存在明显的局限。绝大多数的纤维与均质材料不同，其结构存在各向异性，因而其热传递也具有各向异性的特征，所以纤维导热性能的测量是一个技术难点。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测试原理简单，制样过程方便，能够有效提高纤维导热系数测量准确度，并能明确纤维各向结构与导热系数对应关系的基于热线法技术测定纤维导热系数的方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种测定纤维导热系数的方法，该方法具体包括以下步骤：(1)试样的制备：通过缠绕法或胶粘法将待检测纤维均匀平行缠绕或胶粘成N种不同排列角度的测试样，每种排列角度的测试样由至少2个平行试样构成；(2)测试样导热系数的测定：(2-1)将步骤(1)制得的测试样置于恒温恒湿环境中稳定10-30h；(2-2)将步骤(2-1)稳定后的测试样置于导热系数仪上，并将热线传感器置于两个平行试样的中间，形成夹层结构，进行导热系数的测定；(3)数据处理：(3-1)选取一点作为圆点，以该圆点为起点向外作出N’条沿圆周等分的射线，每条射线代表一个坐标轴，每个坐标轴对应一种排列角度；(3-2)围绕圆点，由内向外作n个同心圆，每个同心圆对应一个导热性能等级，并且同心圆对应的导热性能等级由内向外依次增大；(3-3)将步骤(2-2)测得的不同排列角度的测试样的导热系数值，标记在相应的坐标轴上即可；其中，N＝N’，3≤N≤12，且N为整数；2≤n≤10，且n为整数。步骤(1)所述的缠绕法包括以下步骤：A)将一根待检测纤维按设定角度平行且均匀地缠绕在缠绕骨架上，控制缠绕圈数≥3圈，经压板压合定型，移去压板，抽出缠绕骨架，即制得平行试样；B)重复步骤A)至少2次，即制得测试样。所述的缠绕骨架为长方体骨架，该长方体骨架的长度≥40mm，宽度≥30mm，厚度≥0.3mm。需要说明的是，所述的缠绕骨架为软硬适中的任意材质的薄片，尺寸大小由具体的测试样品尺寸而定。平行缠绕为平行于缠绕骨架的边进行缠绕，绕制方式一致，依次重复绕制至少3圈。所述的压板为有机玻璃压板。作为优选的技术方案，所述的有机玻璃压板的长度为50mm，宽度为40mm，厚度为10mm。在进行压合定型时，在压板上放置1000g的砝码，控制承重时间≥1h，承重过程可使待检测纤维压合成片，用以增强相邻纤维之间的贴合强度，避免在缠绕骨架取出时，纤维圈出现脱散的情况。在抽出时，可使用辅助工具来固定平行试样，这样也有利于避免纤维随着缠绕骨架的抽出而松散。在实际缠绕时，可将待检测纤维在缠绕骨架上由起点A缠绕至终点B，完成第一圈缠绕，再由终点B返回缠绕至起点A，完成第二圈缠绕，依次往返缠绕，即可完成多圈缠绕。作为优选的技术方案，可将起点A与终点B的间距控制为40-50mm。步骤(1)所述的胶粘法包括以下步骤：a)将一根待检测纤维按设定角度相互平行排列、依次均匀地粘结在载体上，形成平面纤维束层，即制得平行试样；b)重复步骤a)至少2次，即制得测试样。步骤a)所述的平行试样由纤维层、载体层以及设置在纤维层与载体层之间的粘结层组合而成。所述的载体层为导热硅片。所述的粘结层为双面胶粘结层，该双面胶粘结层布设在载体层的四周。所述的热线传感器夹设在两平行试样的纤维层之间。所述的排列角度的取值范围为0-90°。所述的导热系数仪的热线传感器轴向与平行试样的长度方向或宽度方向平行。其中，热线传感器的作用为：(1)作为加热元件：在测试过程中，由导热系数仪发出的电流经过热线传感器后，在热线传感器附近的平行试样会产生一定功率的热量，使平行试样中形成瞬态的热量传导及温度分布场；(2)作为测温元件：将热线传感器附近平行试样的温度，实时测试数据反馈给导热系数仪。特别的，也可用一个加热元件与一个测温元件组合代替热线传感器，例如用线状热源与热电偶组合代替热线传感器，其中，线状热源包括金属丝或石墨丝中的一种。在实际应用时，可制得一系列排列角度不同的测试样，在测定导热系数时，使热线传感器的轴向始终与平行试样的的长度方向或宽度方向平行，即可得到一系列不同排列角度的夹层结构。排列角度的设定范围为0-90°，可选为包含0°和90°且为等差数列的一组数值，这样不仅有利于提高待检测纤维排列角度的精度，覆盖热线传感器轴向与待检测纤维轴向的排列情况，同时也有利于作图清晰，易于观察与比较。作为优选的技术方案，排列角度可设定为几组互余的角度，因为互为余角的两个角度，仅需制备其中的一个角度，之后可通过中心旋转90°实现另一个角度的测试，这样有利于减少试样数量，提高测试效率。作为优选的技术方案，在进行作图分析时，围绕圆点由内向外作2-4个同心圆，分别表示2-4个导热系数等级。在一般的纤维材料中，导热系数低于0.1W·m-1·K-1的纤维为低导热材料，导热系数高于0.4W·m-1·K-1的纤维为高导热材料，因此，<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定纤维导热系数的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：(1)试样的制备：通过缠绕法或胶粘法将待检测纤维均匀平行缠绕或胶粘成N种不同排列角度的测试样，每种排列角度的测试样由至少2个平行试样构成；(2)测试样导热系数的测定：(2‑1)将步骤(1)制得的测试样置于恒温恒湿环境中稳定10‑30h；(2‑2)将步骤(2‑1)稳定后的测试样置于导热系数仪上，并将热线传感器置于两个平行试样的中间，形成夹层结构，进行导热系数的测定；(3)数据处理：(3‑1)选取一点作为圆点，以该圆点为起点向外作出N’条沿圆周等分的射线，每条射线代表一个坐标轴，每个坐标轴对应一种排列角度；(3‑2)围绕圆点，由内向外作n个同心圆，每个同心圆对应一个导热性能等级，并且同心圆对应的导热性能等级由内向外依次增大；(3‑3)将步骤(2‑2)测得的不同排列角度的测试样的导热系数值，标记在相应的坐标轴上即可；其中，N＝N’，3≤N≤12，且N为整数；2≤n≤10，且n为整数。

【技术特征摘要】
1.一种测定纤维导热系数的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)试样的制备：通过缠绕法或胶粘法将待检测纤维均匀平行缠绕或胶粘成
N种不同排列角度的测试样，每种排列角度的测试样由至少2个平行试样构成；
(2)测试样导热系数的测定：
(2-1)将步骤(1)制得的测试样置于恒温恒湿环境中稳定10-30h；
(2-2)将步骤(2-1)稳定后的测试样置于导热系数仪上，并将热线传感器置
于两个平行试样的中间，形成夹层结构，进行导热系数的测定；
(3)数据处理：
(3-1)选取一点作为圆点，以该圆点为起点向外作出N’条沿圆周等分的射
线，每条射线代表一个坐标轴，每个坐标轴对应一种排列角度；
(3-2)围绕圆点，由内向外作n个同心圆，每个同心圆对应一个导热性能等
级，并且同心圆对应的导热性能等级由内向外依次增大；
(3-3)将步骤(2-2)测得的不同排列角度的测试样的导热系数值，标记在相
应的坐标轴上即可；
其中，N＝N’，3≤N≤12，且N为整数；2≤n≤10，且n为整数。
2.根据权利要求1所述的一种测定纤维导热系数的方法，其特征在于，步骤
(1)所述的缠绕法包括以下步骤：
A)将一根待检测纤维按设定角度平行且均匀地缠绕在缠绕骨架上，控制缠绕
圈数≥3圈，经压板压合定型，移去压板，抽出缠绕骨架，即制得平行试样；
B)重复步骤A)至少2次，即制得测试样。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖俐，刘晓霞，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31