碳纤维织物的化学改性及在电—热转换中的应用

来源 :东华大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:bingshanhu
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人类赖以生存的环境是多种多样的,越来越多的工作人员需要在低温甚至严寒环境下工作,而人的机体功能无法使得人类在酷寒环境条件下生存。加热产品现在主要由太阳能加热材料、相变材料、化学能加热材料和电加热材料制备得到。不管是利用太阳能光蓄热元件吸收可见光和红外线,还是使用相变控温材料储能来达到供热的目的,都存在温度难以控制、适用领域较窄等缺点,很难满足严寒低温环境的保暖需求。电加热纺织品以温度响应快的优点受到人们的关注,并且远红外辐射机理的应用加快了电加热纺织品的发展。远红外辐射电发热织物由于其发射率高、安全性强、电热转换效率高、发热均匀等优点,是电发热织物行业发展的理想选择,因此开发新型远红外辐射碳纤维电加热织物具有广阔的发展前景。本课题通过多巴胺仿生修饰法对碳纤维织物进行改性,经过远红外整理工艺制备得到远红外辐射碳纤维织物,通过复合涤棉织物、导电铜箔等制备得到远红外辐射碳纤维复合织物,系统探究了多巴胺浓度、改性时间、改性温度对碳织物表面沉积量的影响、远红外整理溶液的配比对碳纤维织物的远红外性能的影响。最终发现,多巴胺仿生修饰对碳纤维织物表面光滑和缺少活性基团等状况具有优异的修饰效果,多巴胺浓度6g/L、修饰时间为8h、修饰温度为25℃时,织物表面的聚多巴胺层均匀完整,可以用于远红外辐射碳纤维织物的制备。还发现,在几种不同的远红外整理溶液配方中,30%Tourmaline@PDA@CF、9%ZrO2@PDA@CF、15%Medical Stone@PDA@CF的远红外性能最好。探究了通电状态下,复合织物电阻率的变化、温度-时间的变化以及温度-电压的关系,研究了远红外辐射碳纤维复合织物的电热转换效率。研究发现,30%Tourmaline@PDA@CF、9%ZrO2@PDA@CF、15%Medical Stone@PDA@CF复合织物在10V的输入电压下,表面平均温度分别稳定在58.3℃、60℃、59.5℃。3V电压下,远红外辐射碳纤维复合织物的温度由25℃升温到31℃,属于使人体舒适的温度范围。9%ZrO2@PDA@CF复合织物的单位温度消耗的电功率最小,表明该织物的电热转换效率最高。本研究制备的远红外辐射碳纤维复合织物表现出了安全性高、温度可控、热稳定性好、电热转化效率高等优异的电热性能,可以广泛适用于个体保暖、医疗器械、可穿戴柔性电子等领域,拥有良好的发展前景。
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