[发明专利]一种测定纤维导热系数的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料导热系数测定技术领域，涉及一种测定纤维导热系数的方法。

背景技术

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 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。

发明内容

本发明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。

本发明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。