碳纤维纸张电热及温敏性效应研究

碳纤维纸张可作为优良的面状发热材料,若将其作为采暖地板中的电热元件,可实现地板、采暖一体化,具有广阔的市场前景,为避免碳纤维纸张在使用过程中出现安全隐患,需对碳纤维在碳纤维纸张中的电热和负温度系数(NTC)效应的作用机制进行研究。为了探究碳纤维纸张在通电加热条件下电热及电阻随温度变化的规律,采用红外热成像仪、体式显微镜等仪器分析了碳纤维单丝、搭接单丝、平行单丝及碳纤维纸张4种发热单元的电热和温敏效应,结果表明:碳纤维单丝、搭接单丝及碳纤维纸张表面温度变化趋势均随着输入功率的增加呈现线性增加,在单丝平行方向和垂直方向温度均呈GaussAmp方程曲线分布,碳纤维单丝相互距离等于或者小于0.8 cm,即可将两单丝间温度不均匀度控制在1℃以内;通电加热初期,发热单元电阻随温升的增加而急剧下降,当碳纤维单丝加载80 mW功率(即单丝温度接近35℃),纸张加载2000 mW功率(即纸张表面温度接近97℃)时,电阻值变化趋势趋于稳定,表明碳纤维单丝及碳纤维纸张均具有明显的NTC效应,并且发热单元中搭接单丝的NTC效应和电热效应在碳纤维纸张中起着主导作用,这对于创制适宜的采暖地板发热元件具有积极的指导意义。