浅析碳纤维发热织物的电热性能

张小梅 石松林

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

摘  要：当前我国经济实现了全面提升，更好地促进了纺织业的全面发展，同时人们对于服装也提出了更高的要求标准。所以說自身的产品不仅要满足基本需求，同时还要产生一定的附加值。在北方冬季季节相对比较寒冷，人们经常会出现风湿痛等关节疾病，所以说北方的人们往往更加注重自身的保暖。根据这样的需求我们需要开发出一款携带更加便捷，产热热能更大的织物，利用这种织物制作成的衣物能够起到良好的保健作用，避免人们受到寒冷的侵袭。而这两种织物分为被动式保暖和主动式保暖，作为被动式保暖主要是通过一定的热量散发而保存体内的热量，不会出现任何的丧失，因此能够达到抵御严寒的效果。同时主动式产热主要是借助外界纤维材料发热，而源源不断地为人身体输送热量，以此起到良好的保暖作用。

关键词：碳纤维  发热织物  电热性能  电阻  发热时间

中图分类号：TS101.9                        文献标识码：A文章编号：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  对碳纤维发热织物进行简单的实验

1.1 样品的取样

样品选择上一定要按照国家标准进行选定，所以说会选择聚丙碳纤维作为主要的发热织物，同时还要保证内部的电阻达到5Ω。将这种特殊的碳纤维材料固定在洗涤棉混纺布面当中，这样将会有利于纤维长丝的稳定，同时还要确保密度达到实验要求[1]。

1.2 应用的主要仪器设备

（1）使用精度更加准确的电流表。（2）要应用导电性能最佳的试线夹。（3）导电胶布的利用。（4）带有USB的插口设备。（5）移动插板设备。（6）连接导线。

1.3 实验过程分析

通常情况下，要将实验室的温度控制在10°左右，同时还要保证整体环境适度达到70%，将电源与表面碳纤维长丝进行连接，然后通过电流产生一定的热量，对于碳纤维长丝的排列根数进行改变，然后观测出具体的热量变化，以此确定具体的工艺参数数值[2]。

2  织物表面根数与电阻及温度的主要关系分析

以理论计算为基础，将碳纤维长丝的长度进行固定，然后测量出具体的固定数值，数值确定之后进行合股加粗处理，对于每个碳纤维的长度组织进行减少，然后进行全面的发热处理，并保证电源的功率在5V左右。针对每个碳纤维的距离进行设定，采用交叉排列的方式进行布局，将表面的基质布料进行固定处理。采取一定的通电处理之后，单位面积织物上的碳纤维个数与电阻变化的情况进行记录，测出具体温度变化的情况，如果织物内部的电阻变小，那么为了保持稳定热量输出，要增加织物发热面积，这样才能够保证碳纤维热量产生更加均匀。图1就是电阻温度变化的曲线图。

通过图1进一步地分析得出，如果碳纤维根数增多，导致电阻数值下降，内部的温度会产生一定的升高。出现这种情况主要是由于单位面积碳纤维根数的增多，导致并联连接形式的增大，使得内部电阻降低。如果外界电压保持不变，那么内部电阻降低将会导致内部热量的聚集，热量在织物内部会不断地升高，从而使得内部产生较好的热量，以此能够达到发热的目的。在本次实验的过程中，要将碳纤维根数进行组合交叉排列，并保证间距距离在25mm，如果对内部的电阻进行降低，那么内部电流将会增大，有利于织物散发出良好的热量，这样才能够保证织物达到良好的取热目的[3]。

3  织物表面根数与发热时间及電源功率的主要关系分析

通过上一段的数据分析得出，对碳纤维根数与交叉排列方式有关，同时还要与碳纤维的电阻有一定的关联，那么本段还需要电源功率与导电性能与导电效果存在哪种关系，并判断出发热效果与发热时间是否存在一定的联系。通过一定的数据分析得出，碳纤维的内部电阻会随着功率的升高而降低，同时也将会提高植物表面的温度。另外从整体数据当中也可以得出电源自身的功率也要与表面温度成正比例关系。碳纤维在热量转换的过程当中，主要是通过量子进行传导，并体现出一定的隔波传热性，而这种隔波传热性是微观粒子不断运动所产生的，这种运动将会产生足够的热量，在进一步的通电过程当中，粒子会进行加速运动，而导致内部的温度在不断的提高，同时也会取得较好的热辐射效果。主要是因为热辐射在一定的波长范围内无法取得较好的效果，但是在碳纤维内部随着温度的升高，热辐射波长将会变短，这样将会提高碳纤维内部能量的传导，以此能够提升热辐射本身的性能，同时如果增大碳纤维表面积，会取得较好的散热效果，不会由于内部温度过高而丧失使用价值，这样将会进一步提升发热物的使用范围通过一定的数据分析得出，碳纤维的内部电阻会随着功率的升高而降低，同时也将会提高植物表面的温度。另外从整体数据当中也可以得出，电源自身的功率也要与表面温度成正比例关系。碳纤维在热量转换的过程当中，主要是通过量子进行传导，并体现出一定的隔波传热性，而这种隔波传热性是微观粒子不断运动所产生的，这种运动将会产生足够的热量，在进一步的通电过程当中，粒子会进行加速运动，而导致内部的温度在不断升高，同时也会取得较好的热辐射效果。主要是因为热辐射在一定的波长范围内无法取得较好的效果，但是在碳纤维内部随着温度的升高，热辐射波长将会变短，这样将会提高碳纤维内部能量的传导，以此能够提升热辐射本身的性能，同时如果增大碳纤维表面积，会取得较好的散热效果，不会由于内部温度过高而丧失使用价值，这样将会进一步提升发热物的使用范围[4]。

4  发电时间对电阻产生的影响分析

对碳纤维表面进行排列处理，在不同的电源功率之下，对电阻阻值进行充分地测试并完成记录保存，在实验开始的时候要将温度设定在0度，然后绘制出电阻阻值与时间的变化曲线。通过数据曲线分析得出，随着时间的延长将会对织物内部的电阻产生一定的影响。出现这种情况的变化，主要是因为碳纤维机制布面表面连接是一个整合的回路，但是在这个整合的回路内部，碳纤维与布面结合形成了一个绝缘体，绝缘体的存在将会对导电性能产生下降，这种不良现象的存在将会因为通电电流过大而出现击穿的现象，这部分绝缘电流会随着电阻阻值的升高而逐渐变小，通过这种变化将会对整个导电性能进行稳定处理。除此之外，在整个通电过程当中，由于不断的热量产生外在温度升高将会出现一定的氧化反应，表面的沟槽和孔洞将会逐渐被氧化，保证各个碳纤维之间形成网格化的通联，同时也有利于电流和热量的衔接，使得碳纤维之间的联系变得更加紧密，如果对内部的电阻进行降低，有利于导线性能的提升。通过实验所取得的数据分析得出。通电时间的长短要对电阻阻值变化存在一定的影响，但是我们通过这些数据分析得出不会出现太大的影响[5-7]。

5  通电次数对电阻产生的影响分析

前期保证接入的电源稳定，通电一段时间之后进行断电处理，同时还要保证每次锻炼间隔在20min以内，然后对表面电阻同通断电次数进行数据测试。通过这种数据分析得出电阻阻值几乎没有出现较大的变化，主要是因为碳纤维在高温高热的条件下，内部处于相对稳定的状态，没有对电阻产生微妙的影响，所以说数值没有出现任何的波动，表现出良好的稳定状态[8]。除此之外，碳纤维在进行发热的过程当中，保证热量能够进行逸散处理，这样将会有利于电热性能的良好转换。

6  结语

在近几年的发展过程当中，对于发热织物提出了更高的要求，不仅要表现出良好的舒适功能，同时还要体现出良好的性价比，因此我们一定要加大研究力度，开发出一款发热织物能够被广大群众所接受，对人体能够做出重要的保护，避免受到外在任何因素的干扰。为每个人的身体健康作出重要的保障。

参考文献

[1] 张猛，富秀荣.碳纤维发热织物的电热性能研究[J].合成纤维，2018，44（11）：25-27.

[2] 史俊辉.电加热碳纤维机织物电热性能预测及设计[D].上海：东华大学，2020.

[3] 朱波，曹伟伟，张秀玲，等.碳素纤维发热元件电热性能的研究[J].材料科学与工艺，2018（3）：65-71.

[4] 王磊波，曹军，张秀军，等.碳素纤维发热元件电热性能的研究[J].材料科学与工艺，2020，18（3）：356-362.

[5] 韩晨晨.碳纤维织物在热流冲击下传热和形变性能研究[D].天津：天津工业大学，2019.

[6] 庹凯泓，贾国强，刘卓.一种基于碳纤维织物的电热画制备方法，CN109649066A[P].2019.

[7] 田天贺.碳纤维织物的化学改性及在电—热转换中的应用[D].上海：东华大学，2020.

[8] 张妍.电加热服装的服用性能研究[D].上海：东华大学，2017.