正交三向石英环氧复合材料的热传导性
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应用技术 织造技术 Weaving Technology
正交三向石英/环氧复合材料的热传导性
文 | 高 涵 李嘉禄 焦亚男
摘要：为了探究织造过程中纱线合股数、纤维体积含量以及经纬密等工艺参数对正交三向机织复合材料导热性 能的影响，文章以石英纤维和环氧树脂为原料，制备正交三向机织复合材料，采用瞬态热源法对其进行导热系 数的测试。结果表明，在不同的工艺参数下，纤维体积含量对复合材料导热性能的影响最为显著；在纱线合股 数和经纬密不变的情况下，纤维体积含量在45% ～ 60%范围内，经纱方向上导热系数提高24.28%，纬纱方向上 增大22.71%，法向纱方向上提升17.03%；不同的工艺参数对复合材料导热性能产生影响时，均在经纱、纬纱和 法向纱 3 个方向上呈现出各向异性，且 3 个方向的导热系数皆与对方向上的纤维体积含量相关。 关键词：正交三向机织；石英纤维复合材料；导热系数；各向异性 中图分类号：TB332 文献标志码：A
Thermal Conductivity of Orthogonal Three-dimensional Quartz/Epoxy Composites
Abstract: In order to explore the effects of yarn linear fineness, fiber volume fraction and density of warp and weft on the thermal conductivity of orthogonal three-dimensional woven composites, the orthogonal three-dimensional woven composites were prepared with quartz fiber and epoxy resin as raw materials, and the thermal conductivity coefficient of the composites was measured by transient heat source method. Results indicated that under different processing parameters, fiber volume fraction had the most significant effect on the thermal conductivity of composites; when yarn linear fineness and density of warp and weft were unchanged, and fiber volume fraction was at the range of 45% to 60%, the thermal conductivity coefficient increased by 24.28% in warp direction, 22.71% in weft direction and 17.03% in Z-yarn direction; when different process parameters had an effect on the thermal conductivity of the composites, the anisotropy was exhibited in the three directions, and the thermal conductivity in all three directions was related to the fiber volume fraction in the corresponding direction. Key words: orthogonal three-dimensional woven; quartz fiber composites; thermal conductivity; anisotropy
其中相比于试样s144的导热系数试样s455在表2正交三向机织复合材料的体积比热样品s1s2s3s4s5s6s7体积比热mjm3k115114915081531561551501表1正交三向机织预制件的工艺参数样品编号纱线合股数密度根10mm1纤维体积含量经纱纬纱法向纱经纱纬纱经纱纬纱法向纱总vfs144244236024406825482s244255196020404604460s344255216022805104950s444255240025305705507s544255261027806106007s644266258026103115514s7224662070213013105510经纱纬纱法向纱图2不同纱线合股数的复合材料导热系数纱线合股数224s7经纱方向070065060导热系数wm1k1055050045040纬纱方向法向纱方向442s6经纬密根10mm1经纱方向072064056048040导热系数wm1k1纬纱方向法向纱方向44s155s466s6应用技术weavingtechnology织造技术64纺织导报chinatextileleader2019no2经纱方向上的导热系数提高了274纬纱方向上的导热系数提高了278而法向纱方向上的导热系数却降低了230
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纺织导报 China Textile Leader · 2019 No.2
应用技术 织造技术
Weaving Technology
织造正交三向机织预制件的设备以及复合成增强复 合材料的设备均由天津工业大学复合材料研究所研制； 导热系数测试仪为Hot Disk TPS3500热常数分析仪，由上 海凯戈纳斯仪器商贸有限公司提供。 1.2 试样制备
1 实验部分 1.1 材料与设备
石英纤维均采用C型石英纤维，单丝直径7.5 μm，线 密度190 tex，纤维密度2.2 g/cm3³，且由湖北菲利华石英 玻璃有限公司提供，其导热系数为1.4 W/（m·K）。选用 基体为TDE－86型环氧树脂，在室温环境为20 ℃时，其 导热系数为0.186 W/（m·K）。
作者简介：高 涵，女，硕士在读，研究方向为纺织复合材料。 通信作者：焦亚男，博士生导师、研究员，E-mail：jiaoyn@ 。 作者单位：天津工业大学纺织学院、天津工业大学复合材料研 究所。 基金项目：天津市科技支撑计划重点项目（15ZCZDGX003 40）。
热路径的影响研究也是必不可少的。石英纤维具有良好 的耐高温、耐侵蚀和耐热性能，可作为制备先进复合材 料的增强体。本文将采用瞬态热源法对三维机织复合材 料进行经纱方向、纬纱方向和法向纱方向导热系数的测 试，并探讨分析纱线的合股数、纤维体积含量以及经纬 密对正交三向机织复合材料导热性能的影响。
正交三向机织是三维预制体成形技术之一，它是利 用机织的方法将沿X、Y、Z 3 个相互垂直方向分布的纱 线交织成空间网状整体结构，具有自动化程度高，物理 性能优越的优势，已在航空航天等领域广泛应用。热传 导性能是衡量复合材料性能的一项重要指标。近年来， 众多学者已对先进纺织复合材料的导热性能进行了大量 的研究，但是在织造过程中的工艺参数对不同方向上传
正交三向石英/环氧复合材料的热传导性
文 | 高 涵 李嘉禄 焦亚男
摘要：为了探究织造过程中纱线合股数、纤维体积含量以及经纬密等工艺参数对正交三向机织复合材料导热性 能的影响，文章以石英纤维和环氧树脂为原料，制备正交三向机织复合材料，采用瞬态热源法对其进行导热系 数的测试。结果表明，在不同的工艺参数下，纤维体积含量对复合材料导热性能的影响最为显著；在纱线合股 数和经纬密不变的情况下，纤维体积含量在45% ～ 60%范围内，经纱方向上导热系数提高24.28%，纬纱方向上 增大22.71%，法向纱方向上提升17.03%；不同的工艺参数对复合材料导热性能产生影响时，均在经纱、纬纱和 法向纱 3 个方向上呈现出各向异性，且 3 个方向的导热系数皆与对方向上的纤维体积含量相关。 关键词：正交三向机织；石英纤维复合材料；导热系数；各向异性 中图分类号：TB332 文献标志码：A
Thermal Conductivity of Orthogonal Three-dimensional Quartz/Epoxy Composites
Abstract: In order to explore the effects of yarn linear fineness, fiber volume fraction and density of warp and weft on the thermal conductivity of orthogonal three-dimensional woven composites, the orthogonal three-dimensional woven composites were prepared with quartz fiber and epoxy resin as raw materials, and the thermal conductivity coefficient of the composites was measured by transient heat source method. Results indicated that under different processing parameters, fiber volume fraction had the most significant effect on the thermal conductivity of composites; when yarn linear fineness and density of warp and weft were unchanged, and fiber volume fraction was at the range of 45% to 60%, the thermal conductivity coefficient increased by 24.28% in warp direction, 22.71% in weft direction and 17.03% in Z-yarn direction; when different process parameters had an effect on the thermal conductivity of the composites, the anisotropy was exhibited in the three directions, and the thermal conductivity in all three directions was related to the fiber volume fraction in the corresponding direction. Key words: orthogonal three-dimensional woven; quartz fiber composites; thermal conductivity; anisotropy
其中相比于试样s144的导热系数试样s455在表2正交三向机织复合材料的体积比热样品s1s2s3s4s5s6s7体积比热mjm3k115114915081531561551501表1正交三向机织预制件的工艺参数样品编号纱线合股数密度根10mm1纤维体积含量经纱纬纱法向纱经纱纬纱经纱纬纱法向纱总vfs144244236024406825482s244255196020404604460s344255216022805104950s444255240025305705507s544255261027806106007s644266258026103115514s7224662070213013105510经纱纬纱法向纱图2不同纱线合股数的复合材料导热系数纱线合股数224s7经纱方向070065060导热系数wm1k1055050045040纬纱方向法向纱方向442s6经纬密根10mm1经纱方向072064056048040导热系数wm1k1纬纱方向法向纱方向44s155s466s6应用技术weavingtechnology织造技术64纺织导报chinatextileleader2019no2经纱方向上的导热系数提高了274纬纱方向上的导热系数提高了278而法向纱方向上的导热系数却降低了230
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纺织导报 China Textile Leader · 2019 No.2
应用技术 织造技术
Weaving Technology
织造正交三向机织预制件的设备以及复合成增强复 合材料的设备均由天津工业大学复合材料研究所研制； 导热系数测试仪为Hot Disk TPS3500热常数分析仪，由上 海凯戈纳斯仪器商贸有限公司提供。 1.2 试样制备
1 实验部分 1.1 材料与设备
石英纤维均采用C型石英纤维，单丝直径7.5 μm，线 密度190 tex，纤维密度2.2 g/cm3³，且由湖北菲利华石英 玻璃有限公司提供，其导热系数为1.4 W/（m·K）。选用 基体为TDE－86型环氧树脂，在室温环境为20 ℃时，其 导热系数为0.186 W/（m·K）。
作者简介：高 涵，女，硕士在读，研究方向为纺织复合材料。 通信作者：焦亚男，博士生导师、研究员，E-mail：jiaoyn@ 。 作者单位：天津工业大学纺织学院、天津工业大学复合材料研 究所。 基金项目：天津市科技支撑计划重点项目（15ZCZDGX003 40）。
热路径的影响研究也是必不可少的。石英纤维具有良好 的耐高温、耐侵蚀和耐热性能，可作为制备先进复合材 料的增强体。本文将采用瞬态热源法对三维机织复合材 料进行经纱方向、纬纱方向和法向纱方向导热系数的测 试，并探讨分析纱线的合股数、纤维体积含量以及经纬 密对正交三向机织复合材料导热性能的影响。
正交三向机织是三维预制体成形技术之一，它是利 用机织的方法将沿X、Y、Z 3 个相互垂直方向分布的纱 线交织成空间网状整体结构，具有自动化程度高，物理 性能优越的优势，已在航空航天等领域广泛应用。热传 导性能是衡量复合材料性能的一项重要指标。近年来， 众多学者已对先进纺织复合材料的导热性能进行了大量 的研究，但是在织造过程中的工艺参数对不同方向上传