[发明专利]碳纤维增强复合材料的加工系统及其采用液体成型工艺的可控碳纤维自加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维增强复合材料的成形装置及方法，更特别地说，是指一种采用真空袋压与加载电极的组合方法进行纤维增强复合材料的成形及其装置，纤维织物在加载正负电极的条件下实现了纤维自加热。 

背景技术

2009年7月，化学工业出版社出版的《复合材料手册》，益小苏等主编。第314页图6.2-50介绍了真空袋压法。真空袋压法，此法是将手工铺放好的未固化的制品，加盖一层真空袋膜，制品处于真空袋膜和模具之间，密封周边，抽真空使制品中的气泡和挥发物排除。 

先进复合材料中的固化是成型过程中材料性能转化的关键阶段，一般需要较高的固化温度和较长的固化周期。传统的加热方法都是利用热传导的原理，由外部提供热源，由外及里对纤维增强材料进行传导加热。这种加热方法的不足在于： 

一是，升温速率低，到达目标温度需要较长的升温时间，增加了制造成本。 

二是，传导加热会造成由外及内的温度梯度，尤其对于厚截面复合材料，厚度方向上的温度梯度更为明显。这种厚度方向上的温度不均，再加上树脂基体的固化反应放热，首先造成固化过程难以控制，其次极易导致固化不均匀，严重降低复合材料的成型质量，甚至成型失败。 

三是，能量利用率低，造成能量浪费。 

因此，发展新的加热技术，缩短加热时间，提高能量利用率，对于缩短复合材料的成型周期，降低制造成本，进而推动先进复合材料的规模化应用，都具有重要意义。 

在中国专利申请号200310113547.4，申请日2003年11月17日，发明名称“碳纤维增强复合材料的自电阻加热成型方法”。该专利申请中公开了一种导电性碳、石墨纤维增强树脂基复合材料的自电阻加热速成型及纤维增强的热塑性复合材料的自电阻加热焊接、或修补的方法。其技术解决方案是，按照复合材料的一般成型工艺，将连续碳纤维复合材料的预浸料铺层，放入压力机械里，在压力机械上、下台面与预浸料之间分别安装绝缘层，在绝缘层与预浸料之间加装电极，形成以预浸料为电阻的导电通道。然后接通交流电源，调整电压，使电流值逐步达到预定数值，其中电流通量一般为0.02A/mm²，压 力作用约3～5分钟。再按照复合材料的一般成型工艺，冷却，脱模，既可成型复合材料。在成型不同特殊形状的复合材料时，将预浸料铺入相应的金属模具中，在金属模具的上、下平面与压力机械台面之间加装绝缘层，金属模具的上、下平面做为电极与交流电源连接。 

发明内容

为了解决目前先进复合材料固化过程中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种采用真空袋压法与加载电极组合的制备纤维增强复合材料的加工系统，该系统是在真空袋压模具中增加箔正负电极、树脂灌注导管和抽真空导管，通过程序控制温度调控器指导低压调控器来进行纤维自加热进行固化，纤维快速加热，升温速率可控，碳纤维增强复合材料成型过程简单易操作。 

本发明的目的之二是提出一种采用真空袋压法与加载电极组合的碳纤维自加热方法，该方法采用箔正负电极实现液体成形过程中纤维的快速自加热，能够缩短固化时间和冷却时间。 

本发明是一种采用液体成型工艺的可控碳纤维自加热方法，其特征在于包括有下列步骤： 

步骤一：导电性纤维织物剪裁准备； 

导电性纤维织物可以是具有导电能力的碳基连续纤维织物； 

步骤二：真空袋压法用模具准备； 

模具清理，将模具内表面清理平整，然后用分析纯级丙酮清洗，待丙酮挥发后，得到表面平整洁净的模具； 

步骤三：真空灌注用树脂原料配制； 

在100重量份的树脂主剂中加入0～20重量份的固化剂、0～20重量份的稀释剂、0～3重量份的促进剂、0～4重量份的引发剂和0～10重量份的催化剂；然后在温度为20～200℃条件下搅拌混合均匀，然后在真空压力为0.05～0.09MPa下、抽真空处理10～60min后，得到真空灌注用树脂原料； 

树脂主剂是热固性树脂或者是热塑性树脂； 

热固性树脂可以是环氧树脂、不饱和聚酯树脂、氰酸酯树脂等；热塑性树脂可以是聚氨酯、尼龙、环状聚酯； 

步骤四：纤维织物及正负箔电极铺层； 

在经步骤二处理后的模具上按照纤维织物铺层方式进行铺放纤维织物，并按照正负箔电极铺放方式设置箔电极； 

步骤五：边抽真空边灌注树脂； 

开启真空泵，抽真空1～2min，然后放气，重复抽真空放气5～20次； 

开启树脂原料灌注阀门，控制阀门流速； 

在抽真空0.05～0.09MPa的条件下灌注树脂；