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碳纤维技术的应用
除了重量轻、强度高、耐高温、弹性模量高外,碳纤维还是一种很很好的电热转换材料。经过特殊处理后的碳纤维材料,具有稳定的电气性能,拥有其他诸多电阻材料无法比拟的优点,如:在特定的环境中使用抗氧化性能强,使用寿命长;加热功率稳定,在功率为500W(含500W)以下使用电热转换效率达100%,在500W以上使用则电热转换效率为98%。它比目前广泛采用的金属丝、PTC、碳化硅电热体的热效率提高达30—40%,电热功率几乎不衰减。在特定的环境中使用可加热到3000℃,其机械性能和弹性模量不发生任何一点变化。另外,碳纤维材料在电热状态使用,不遵循德曼—夫兰兹(Weideman-Franz)定律,主要靠晶格振动的格波传热,克服了金属丝、PTC、碳化硅电热体强度低、易氧化的缺点。因此,碳纤维电热元件有着广阔的发展潜力和市场前景。
碳纤维材料在电热方面的优异性能,早在上个世纪60年代就引起了国内外电热工作者的重视,但是由于条件的限制,没有新的突破和进展。随着科技的进步,国内、外电热科技工作者在碳纤维电热功能应用技术的开发方面取得了重大的进展。二十世纪八十年代初,先后研发出长丝碳纤维编织布和短丝碳纤维发热板(这是与纸浆混合制作成电阻纸膜再与绝缘的树脂材料复合制作成发热板),用于加热和采暖。这种电加热结构存在着碳纤维在纸浆分散不均匀、发热板热压合力度不够和电极连接难以及电气性能不稳定、成本高等问题,一直延续到1996年之前没有大的突破。
自96年,我们开始了碳纤维电热技术的研究,我们的研究没有重复过去的思路,而是采用一种全新开发的思想,经过多年潜心研究,率先解决了“碳纤维做电热体在500℃—1200℃工作状态下电气性能稳定和电极连接稳定可靠”这两大困扰着国内外电热工作者的技术难题,使碳纤维电热应用技术有了根本性的突破和进展,从而顺利实现了长丝碳纤维材料与无机绝缘材料、金属材料、树脂材料、石英玻璃材料、陶瓷材料的复合制作电热元件产品的技术,为碳纤维电热产品引领市场风骚奠定了坚实的基础。
绝缘包覆材料——铁氟龙性能介绍
铁氟龙表面活化氟塑料是各种含氟塑料的总称,其中应用最广泛的品种为聚四氟乙烯,其次还有聚三氟氯乙烯、聚全氟代乙丙烯和聚全氟丙烯等。由于在氟塑料分子中 C-F 短具有高的离解能及氟原子的屏蔽效应相高的电负性,使氟塑料具有优良的耐高低温性能、奇特的化学稳定性、优良的介电性能、低摩擦性和自润滑性等。各种氟塑料的主要性能和用途大致相同,因而只介绍最重要的聚四氟乙烯——俗名“铁氟龙”,是把乙烯(C2H4)中的四个氢(H)都置换成氟(F),变成四氟乙烯(C2F4),再经聚合作用形成。由于铁氟龙是由碳原子和氟原子制成,不含氢,所以不会和氧发生反应。铁氟龙具有耐热、耐低温、耐蚀性、异优的非粘着性及自润性、低磨擦系数等特性。
聚四氟乙烯的性能及用途聚四氟乙烯(PTFE)是以氟石、三氯甲烷等为原料制得一氯二氟甲烷,再经高温裂解而得四氟乙烯单体,在引发剂作用下聚合而成的。聚四氟乙烯是非极性直链形的结晶性高分子化合物,外观为白色蜡状,一般制品的结晶度为55~75%,它具有优良的介电性能、耐化学药品性、而候性、不粘性和低摩擦系数等特性。聚四氟乙烯塑料有特异的耐化学腐蚀性,它对于浓酸、浓碱或强氧化剂,即使在高温下也不发生任何作用,有‘塑科王”之称,砌腐蚀性能甚至超过贵金属。除某些卤化胺或芳香烃使聚四氟乙烯塑料有轻微的溶胀现象之外,酮类、酸类、酯类等有机溶剂对聚四氟乙烯部无作用,不会发生重量变化及溶胀现象。对它能发生作用的仅为熔融态的碱金属、三氟化氯及元素氟等,但也只是在高温、高压下作用才显著。此外,聚四氟乙烯也不受氧或紫外线的作用,不吸水、具有不燃性。它具有很高的耐热性和耐寒性,使用温度范围为-180~250℃,在250℃处理240h,力学性能无降低,390℃每小时失重0.006%。它的介电性能优良,并且电性能不受频率和温度的影响,可在250℃下长期工作。力学性能较好、热导率高、热膨胀小,但耐磨性不高,耐电晕性差。聚四氟乙烯可制成薄膜、管树.板材、棒板、轴承、垫圈、阀门等各种型材和零件,广泛应用于既而高温,又要求具有良好的介电性能或化学稳定性的场合,化学工业用作耐腐蚀衬里、容器;电机电子工业上采用薄膜制作电容器、无线电绝缘材料;聚四氟乙烯电线和电缆为飞机、雷达、电视、火箭等不可缺少的材料之一。