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含通电碳纤维复合板的加热防冰特性及耐久性能研究
| 论文题名： | 含通电碳纤维复合板的加热防冰特性及耐久性能研究 |
| 关键词： | 道路材料;复合板;碳纤维;防冰特性;耐久性 |
| 摘要： | 碳纤维与金属发热材料相比电热性能更好且具有轻质高强的特点，既可以用作结构材料承载也可以用作通电升温材料。碳纤维因其优异的力学性能和高电热转化效率，常以短切碳纤维或发热线的形式加入混凝土中，制成碳纤维导电混凝土用作路面融雪化冰。所以本文选用碳纤维作为电热材料设计并制备了具有多层结构的含通电碳纤维复合板，对其电热防冰特性进行了试验研究；考虑到在其使用期间，不可避免地会受到紫外线辐射、温度、湿度等恶劣环境的影响，导致其性能下降，使用寿命变短，本文还对其在低温环境下的耐久性能进行了研究。 首先，对复合板进行结构设计和各层材料选择，并介绍了复合板的手糊成型过程，对复合板的电阻稳定性进行了测试，结果表明：含通电碳纤维复合板的电阻稳定性较好；建立了复合板的数值模型，得到温度云图，验证了该复合板的设计可用于电加热试验分析。 其次，用敏感性分析方法，分析加热丝布置间距和加热功率对复合板表面温度差的影响，基于试验数据拟合得出板表面温度差的计算公式；测试了碳纤维加热丝束类型、加热丝布置间距、加热功率、加热时间等因素对复合板表面温度的影响，得到了各参数对复合板表面温度的影响规律：采用T700SC-12K和T700SC-24K作为加热丝时，复合板表面温度差值不大；加热丝布置间距越小，复合板温度分布越均匀；加热功率、加热时间与复合板表面温度值均呈正相关关系，但是当到达该工况条件下的极限温度值时，温度不再继续增加，而是在极限温度值范围内波动。对布置间距为10mm的复合板的防冰性能进行测试得出：当环境温度为-8℃时，加热功率为100~350W/m2时，表面温度达到2~3℃所需的时间为7.33~20min；加热功率设定250W/m2，冰柜温度设定为-8~-20℃，在相同加热功率条件下，环境温度越高，复合板表面温度达到2℃以上所需的时间越短，温升速率越快。 最后，进行了加热循环次数为200、300、400、500、600、700次的－6℃环境下复合板的耐久性试验，得出结论：由于环氧树脂的后固化交联反应拉伸强度值和弹性模量值随着加热循环次数的增多而增加，在500次时后固化基本完成，之后两个值开始下降，但是700次时的拉伸强度值和弹性模量值依然大于常温环境下的值。 |
| 作者： | 张晓梅 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 莫军;石建军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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