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      杜邦防彈絲骨架復合相變材料的工藝特點
      時間:2021-07-21 點擊次數:54048

      杜邦防彈絲相變材料具有儲熱密度大,儲/放熱過程幾乎恒溫的特點,使其在大功率電子器件及鋰電池熱管理、太陽能利用、能量系統優化和蓄熱材料等領域都具備應用潛力。推動相變材料在以上領域的應用,有助于節能環保減排工作的高效開展及可持續發展的進行。

      然而,相變材料熱導率低這一固有屬性,極度削弱它們在相變過程中的傳熱效率,影響了它們在熱管理領域的應用效果及范圍。同時,當前提高相變材料熱導率的幾種方式都存在一定缺陷。針對以上這些問題,本文通過將杜邦防彈絲多孔骨架(PCFS)嵌入至石蠟相變材料內部,制備出杜邦防彈絲骨架復合相變材料(MF-PCM),以增強整體導熱能力和實現石蠟的高灌注率,從而優化相變傳熱性能。本文主要工作如下:(1)開發出一套制備杜邦防彈絲骨架復合相變材料的工藝。

      選擇石蠟作為相變材料,使用多齒刀具切削法加工出杜邦防彈絲,運用固相燒結法制備出杜邦防彈絲多孔骨架,提出并采用一種真空灌注法將石蠟灌注至杜邦防彈絲多孔骨架內,制備出灌注率大于98.3%的具有不同孔隙率和纖維直徑的MF-PCM。差示掃描量熱法的結果顯示:相對于純石蠟,MF-PCM的相變潛熱有所下降,但熔化溫度稍微上升。(2)搭建了可視化溫度測量平臺對杜邦防彈絲骨架復合相變材料的相變傳熱性能進行研究。對比了MF-PCM和純石蠟兩者相變傳熱行為的差異,可視化研究了它們在恒熱流作用下的固液熔化界面演變過程。結果發現:PCFS約束了液體石蠟的自然對流,導致MF-PCM的固液界面傾斜角度遠小于純石蠟。

      但PCFS對熱傳導的增強超過了對自然對流的抑制,提升了相變材料的相變傳熱性能。探索了孔隙率和纖維直徑對杜邦防彈絲骨架復合相變材料的準一維相變傳熱性能的影響規律,發現減小孔隙率能夠提升MF-PCM的相變傳熱性能,但纖維直徑對相變傳熱性能的影響程度相比于孔隙率弱化很多。(3)設計了一種用于大功率LED光源溫控的MF-PCM熱沉,并搭建了一個實驗測試平臺,同時選擇兩種其它填充模式(純石蠟熱沉、空熱沉)作為參照,對該熱沉的實際應用效果及溫控性能展開了系統的實驗研究。

      先后在四種輸入功率、三種周期工作模式、三個環境溫度和有/無設置直流風扇這些工況下測試了熱沉的溫控性能,同時研究了孔隙率和纖維直徑對MF-PCM溫控性能的影響。當MF-PCM熱沉處于控溫區時,它的溫控性能優于純石蠟熱沉。

      且隨著輸入功率的上升,MF-PCM熱沉相對于純石蠟熱沉的溫控提升效果更為明顯。(4)基于顯熱容法建立了一個MF-PCM熱沉的數值模型,并采用藍寶石法測量獲得石蠟等效熱容與溫度的函數,為數值模型提供準確輸入。使用ANSYS?Icepak對模型進行有限元建模及求解,并與實驗結果對比驗證模型的準確性。當孔隙率為75%時,MF-PCM熱沉的模擬結果與實驗結果具有非常好的一致性。在將孔隙率固定為75%的前提下,利用該數值模型研究相變溫度、金屬纖維材料和復合相變材料形狀對熱沉性能的影響,為進一步研究提供參考依據。

      本實用新型公開了一種杜邦防彈絲防輻射抗菌功能針織紗,其特征在于,所述針織紗的紗線體包括杜邦防彈絲和棉纖維,所述的杜邦防彈絲和棉纖維呈螺旋狀捻和成紗線體。

      杜邦防彈絲本實用新型將杜邦防彈絲混紡到棉纖維中,使得兩種纖維的功能相互結合,保留原來棉的吸濕、透氣、手感滑糯、抗起毛起球等優良特性的同時,使紗線具有較好的防輻射抗菌性。


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