编织碳纤维复合材料平面热传导特性研究

"该研究通过红外热成像技术探索了编织碳纤维复合材料(CFRP)在纤维束编织平面内的热传导规律。利用激光调制加热原理，研究人员推导出纤维束平面内热扩散系数与相位梯度的关系，并建立了实验装置对CFRP样本进行测试。他们将玻璃碳作为对照材料，对红外辐射相位信号进行规格化处理，并用高斯滤波器消除图像噪声。实验结果显示，CFRP的各向异性导致其在不同方向上的热传导具有一定的规律性，且与传导方向紧密相关。当激光调制频率低于2 Hz时，可以测量到CFRP在平面不同方向的热扩散系数。关键词包括材料、红外热成像、编织碳纤维复合材料、热传导、各向异性以及热扩散系数。" 文章深入探讨了编织碳纤维复合材料的热传导特性，这是一种由碳纤维增强的聚合物材料，广泛应用于航空、汽车和体育用品等领域。由于其独特的力学性能和轻质特性，CFRP在工程应用中备受青睐。然而，材料的热管理是设计和优化这些结构的关键因素，尤其是考虑到它们在纤维编织方向上的各向异性。 热传导研究是通过红外热成像技术进行的，这是一种非接触式的检测方法，可以实时监测物体表面的温度分布。研究人员采用激光调制加热，通过对激光功率的周期性变化来改变样品的热输入，进而分析热扩散过程。由此推导出的热扩散系数是表征材料热传导效率的重要参数，它与材料的热响应时间、尺寸稳定性以及散热能力等特性密切相关。 实验部分，研究者构建了一个专门的实验平台，以测量CFRP试件在不同方向上的热扩散系数。他们选择玻璃碳作为参照，因为它的热特性相对已知且稳定。通过规格化处理红外辐射相位信号，可以消除背景噪声，提高数据的准确性。高斯滤波的应用则有助于进一步净化热图像，提取更精确的热扩散信息。 实验结果显示，CFRP在纤维束编织平面内的热传导表现出明显的各向异性。这意味着热量在平行于纤维方向和垂直于纤维方向的传导速度会有所不同，这在设计需要考虑热性能的CFRP结构时至关重要。此外，研究指出，当激光调制频率小于2 Hz时，可以有效地测量出CFRP在不同方向的热扩散系数，这为实际应用中的热管理策略提供了理论依据。 这项工作为理解和改善CFRP的热性能提供了基础，对于优化材料设计、提高设备效率和减少潜在的热应力问题具有深远意义。未来的研究可能进一步关注如何利用这些发现来开发新的CFRP复合材料，以满足特定热环境下的工程需求。