淺析碳纖維發熱織物的電熱性能

張小梅 石松林

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2104-5640-8879

摘? 要：當前我國經濟實現了全面提升，更好地促進了紡織業的全面發展，同時人們對于服裝也提出了更高的要求標準。所以說自身的產品不僅要滿足基本需求，同時還要產生一定的附加值。在北方冬季季節相對比較寒冷，人們經常會出現風濕痛等關節疾病，所以說北方的人們往往更加注重自身的保暖。根據這樣的需求我們需要開發出一款攜帶更加便捷，產熱熱能更大的織物，利用這種織物制作成的衣物能夠起到良好的保健作用，避免人們受到寒冷的侵襲。而這兩種織物分為被動式保暖和主動式保暖，作為被動式保暖主要是通過一定的熱量散發而保存體內的熱量，不會出現任何的喪失，因此能夠達到抵御嚴寒的效果。同時主動式產熱主要是借助外界纖維材料發熱，而源源不斷地為人身體輸送熱量，以此起到良好的保暖作用。

關鍵詞：碳纖維? 發熱織物? 電熱性能? 電阻? 發熱時間

中圖分類號：TS101.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2021）05（a）-0074-03

Analysis of Electrothermal Properties of Carbon Fiber Heating Fabric

ZHANG Xiaomei? SHI Songlin

（Beijing Jiajieneng Technology Co.， Ltd.， Beijing， 101102? China）

Abstract： At present， China's economy has achieved a comprehensive improvement， which has better promoted the comprehensive development of the textile industry. At the same time， people also put forward higher requirements and standards for clothing. Therefore， our products should not only meet the basic needs， but also produce certain added value. In the north， the winter season is relatively cold， people often have rheumatic pain and other joint diseases， so people in the North tend to pay more attention to their own warmth. According to this demand， we need to develop a kind of fabric which is more convenient to carry and produces more heat energy. The clothes made from this kind of fabric can play a good role in health care and avoid the invasion of cold. And these two kinds of fabrics are divided into passive warmth and active warmth， as passive warmth is mainly through a certain amount of heat to save the body's heat， there will be no loss， so it can achieve the effect of resisting cold. At the same time， the initiative is to produce heat， mainly with the help of external fiber materials to heat， and continuously transport heat for the human body， so as to play a good role in keeping warm.

Key Words： Carbon fiber; Heating fabric; Electrothermal performance; Resistance; Heating time

1? 對碳纖維發熱織物進行簡單的實驗

1.1 樣品的取樣

樣品選擇上一定要按照國家標準進行選定，所以說會選擇聚丙碳纖維作為主要的發熱織物，同時還要保證內部的電阻達到5Ω。將這種特殊的碳纖維材料固定在洗滌棉混紡布面當中，這樣將會有利于纖維長絲的穩定，同時還要確保密度達到實驗要求[1]。

1.2 應用的主要儀器設備

（1）使用精度更加準確的電流表。（2）要應用導電性能最佳的試線夾。（3）導電膠布的利用。（4）帶有USB的插口設備。（5）移動插板設備。（6）連接導線。

1.3 實驗過程分析

通常情況下，要將實驗室的溫度控制在10°左右，同時還要保證整體環境適度達到70%，將電源與表面碳纖維長絲進行連接，然后通過電流產生一定的熱量，對于碳纖維長絲的排列根數進行改變，然后觀測出具體的熱量變化，以此確定具體的工藝參數數值[2]。

2? 織物表面根數與電阻及溫度的主要關系分析

以理論計算為基礎，將碳纖維長絲的長度進行固定，然后測量出具體的固定數值，數值確定之后進行合股加粗處理，對于每個碳纖維的長度組織進行減少，然后進行全面的發熱處理，并保證電源的功率在5V左右。針對每個碳纖維的距離進行設定，采用交叉排列的方式進行布局，將表面的基質布料進行固定處理。采取一定的通電處理之后，單位面積織物上的碳纖維個數與電阻變化的情況進行記錄，測出具體溫度變化的情況，如果織物內部的電阻變小，那么為了保持穩定熱量輸出，要增加織物發熱面積，這樣才能夠保證碳纖維熱量產生更加均勻。圖1就是電阻溫度變化的曲線圖。

通過圖1進一步地分析得出，如果碳纖維根數增多，導致電阻數值下降，內部的溫度會產生一定的升高。出現這種情況主要是由于單位面積碳纖維根數的增多，導致并聯連接形式的增大，使得內部電阻降低。如果外界電壓保持不變，那么內部電阻降低將會導致內部熱量的聚集，熱量在織物內部會不斷地升高，從而使得內部產生較好的熱量，以此能夠達到發熱的目的。在本次實驗的過程中，要將碳纖維根數進行組合交叉排列，并保證間距距離在25mm，如果對內部的電阻進行降低，那么內部電流將會增大，有利于織物散發出良好的熱量，這樣才能夠保證織物達到良好的取熱目的[3]。

3? 織物表面根數與發熱時間及電源功率的主要關系分析

通過上一段的數據分析得出，對碳纖維根數與交叉排列方式有關，同時還要與碳纖維的電阻有一定的關聯，那么本段還需要電源功率與導電性能與導電效果存在哪種關系，并判斷出發熱效果與發熱時間是否存在一定的聯系。通過一定的數據分析得出，碳纖維的內部電阻會隨著功率的升高而降低，同時也將會提高植物表面的溫度。另外從整體數據當中也可以得出電源自身的功率也要與表面溫度成正比例關系。碳纖維在熱量轉換的過程當中，主要是通過量子進行傳導，并體現出一定的隔波傳熱性，而這種隔波傳熱性是微觀粒子不斷運動所產生的，這種運動將會產生足夠的熱量，在進一步的通電過程當中，粒子會進行加速運動，而導致內部的溫度在不斷的提高，同時也會取得較好的熱輻射效果。主要是因為熱輻射在一定的波長范圍內無法取得較好的效果，但是在碳纖維內部隨著溫度的升高，熱輻射波長將會變短，這樣將會提高碳纖維內部能量的傳導，以此能夠提升熱輻射本身的性能，同時如果增大碳纖維表面積，會取得較好的散熱效果，不會由于內部溫度過高而喪失使用價值，這樣將會進一步提升發熱物的使用范圍通過一定的數據分析得出，碳纖維的內部電阻會隨著功率的升高而降低，同時也將會提高植物表面的溫度。另外從整體數據當中也可以得出，電源自身的功率也要與表面溫度成正比例關系。碳纖維在熱量轉換的過程當中，主要是通過量子進行傳導，并體現出一定的隔波傳熱性，而這種隔波傳熱性是微觀粒子不斷運動所產生的，這種運動將會產生足夠的熱量，在進一步的通電過程當中，粒子會進行加速運動，而導致內部的溫度在不斷升高，同時也會取得較好的熱輻射效果。主要是因為熱輻射在一定的波長范圍內無法取得較好的效果，但是在碳纖維內部隨著溫度的升高，熱輻射波長將會變短，這樣將會提高碳纖維內部能量的傳導，以此能夠提升熱輻射本身的性能，同時如果增大碳纖維表面積，會取得較好的散熱效果，不會由于內部溫度過高而喪失使用價值，這樣將會進一步提升發熱物的使用范圍[4]。

4? 發電時間對電阻產生的影響分析

對碳纖維表面進行排列處理，在不同的電源功率之下，對電阻阻值進行充分地測試并完成記錄保存，在實驗開始的時候要將溫度設定在0度，然后繪制出電阻阻值與時間的變化曲線。通過數據曲線分析得出，隨著時間的延長將會對織物內部的電阻產生一定的影響。出現這種情況的變化，主要是因為碳纖維機制布面表面連接是一個整合的回路，但是在這個整合的回路內部，碳纖維與布面結合形成了一個絕緣體，絕緣體的存在將會對導電性能產生下降，這種不良現象的存在將會因為通電電流過大而出現擊穿的現象，這部分絕緣電流會隨著電阻阻值的升高而逐漸變小，通過這種變化將會對整個導電性能進行穩定處理。除此之外，在整個通電過程當中，由于不斷的熱量產生外在溫度升高將會出現一定的氧化反應，表面的溝槽和孔洞將會逐漸被氧化，保證各個碳纖維之間形成網格化的通聯，同時也有利于電流和熱量的銜接，使得碳纖維之間的聯系變得更加緊密，如果對內部的電阻進行降低，有利于導線性能的提升。通過實驗所取得的數據分析得出。通電時間的長短要對電阻阻值變化存在一定的影響，但是我們通過這些數據分析得出不會出現太大的影響[5-7]。

5? 通電次數對電阻產生的影響分析

前期保證接入的電源穩定，通電一段時間之后進行斷電處理，同時還要保證每次鍛煉間隔在20min以內，然后對表面電阻同通斷電次數進行數據測試。通過這種數據分析得出電阻阻值幾乎沒有出現較大的變化，主要是因為碳纖維在高溫高熱的條件下，內部處于相對穩定的狀態，沒有對電阻產生微妙的影響，所以說數值沒有出現任何的波動，表現出良好的穩定狀態[8]。除此之外，碳纖維在進行發熱的過程當中，保證熱量能夠進行逸散處理，這樣將會有利于電熱性能的良好轉換。

6? 結語

在近幾年的發展過程當中，對于發熱織物提出了更高的要求，不僅要表現出良好的舒適功能，同時還要體現出良好的性價比，因此我們一定要加大研究力度，開發出一款發熱織物能夠被廣大群眾所接受，對人體能夠做出重要的保護，避免受到外在任何因素的干擾。為每個人的身體健康作出重要的保障。

參考文獻

[1] 張猛，富秀榮.碳纖維發熱織物的電熱性能研究[J].合成纖維，2018，44（11）：25-27.

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[3] 朱波，曹偉偉，張秀玲，等.碳素纖維發熱元件電熱性能的研究[J].材料科學與工藝，2018（3）：65-71.

[4] 王磊波，曹軍，張秀軍，等.碳素纖維發熱元件電熱性能的研究[J].材料科學與工藝，2020，18（3）：356-362.

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