[发明专利]一种复合材料面内热导率的测量方法

说明书

本发明涉及复合材料领域，提供了一种复合材料面内热导率的测量方法，包括如下步骤：在复合材料平面内沿(90°‑θ)角方向切割n根等规格的样条，所述θ角为测试方向与纤维方向的夹角，所述n≥2；将样条沿切割面翻转90°，使得样条切割面与复合材料纤维方向齐平，将n根样条拼接得到拼接板材；在所述拼接板材上切割试样测量热扩散系数α_θ；在复合材料平面上沿θ角方向切割试样测量密度ρ_θ和比热c_θ；根据公式λ_θ＝α_θ·ρ_θ·c_θ计算得到复合材料θ角方向的面内热导率。本发明提供的测量方法能够测量复合材料面内不同方向的热导率，测量过程中的热损失小，测量结果精确度高。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种复合材料面内热导率的测量方法。

背景技术

随着科学技术的发展，各种新型复合材料不断涌现出来，如何精确表征新型材料的热物理性能，进而优化和使用材料的热物理性能变得非常重要。热导率，又称为导热系数，是物质导热能力的量度，其定义为单位温度梯度在单位时间内经过单位导热面所传递的热量，一般用于表示材料的导热性能。

材料导热性能测量方法包括稳态法和瞬态法，其中稳态法包括热流计法和防护热板法，瞬态法包括热线法和激光闪射法。其中激光闪射法是最常用的材料导热性能测量方法，是导热测试瞬态法的一种。激光闪射法具有所需样品尺寸小，测试速度快，精度高，可测试的热扩散系数及温度范围广的优点。

激光闪射法广泛应用于材料领域，包括液体、粉末、平面、金属、陶瓷、聚合物、复合材料等，是现代导热测试常用的一种测量方法。其原理是在设定温度下，由激光源在瞬间发射一束光脉冲，均匀照射在材料样品下表面，使试样下表面吸收光能后温度瞬间升高，并作为热源将热量以一维导热的方式传递到上表面，通过检测试样上表面不同位置的温升过程，来得到复合材料的导热性能。

对于各向同性材料，其面内和厚度方向的导热性能没有差别，采用激光闪射法的测试结果可以统一表征材料的导热性能；对于复合材料而言，因为复合材料为各向异性材料，不同方向上的导热性能不尽相同，某一方向的导热性能无法准确表征复合材料的导热性能，需要对复合材料各个方向的导热性能有一个准确的表征方法。复合材料厚度方向的导热性能易由激光闪射法测得，但面内导热性能用激光闪射法不易测量。因此，如何利用激光闪射法精确测量并表征复合材料面内不同角度的导热性能成为当前亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光闪射法，能够高效、准确的测量复合材料面内不同角度热导率的方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种复合材料面内热导率的测量方法，包括如下步骤：

在复合材料1平面内沿(90°-θ)角方向切割n根等规格的样条2，所述θ角为测试方向与纤维方向的夹角，所述n≥2；

将样条2沿切割面翻转90°，使得样条切割面与复合材料纤维方向齐平，将n根样条2拼接得到拼接板材；

在所述拼接板材上切割试样Ⅰ4测量热扩散系数α_θ；

在复合材料1平面上沿(90°-θ)角方向切割试样Ⅱ3测量密度ρ_θ和比热c_θ；

根据式I所示公式计算得到复合材料θ角方向的面内热导率：

λ_θ＝α_θ·ρ_θ·c_θ 式I。

优选的，所述复合材料1由连续纤维与树脂基体复合而成，所述纤维包括碳纤维、金属纤维和陶瓷纤维中的一种或多种，所述树脂基体包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的一种或多种。