料預(yù)成形體通電加熱，通過控制電源電流的方式來控制預(yù)成形體的溫度，這種加熱方式的 溫度易于控制，加熱時(shí)間短，加熱效率高，并且能夠改善加熱固化時(shí)預(yù)成形體的溫度分布情 況，最終獲得質(zhì)量滿足要求的樹脂基碳纖維復(fù)合材料零件。
[0023] 樹脂基碳纖維復(fù)合材料固化的過程即是材料的成形過程，在制備樹脂基碳纖維復(fù) 合材料時(shí)先采用樹脂基碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行鋪層，然后對(duì)鋪設(shè)完成的樹脂基碳纖維預(yù)浸料鋪 層進(jìn)行壓實(shí)固化，這個(gè)壓實(shí)固化的過程主要包括三個(gè)階段，第一個(gè)階段是升溫階段，第二個(gè) 階段是保溫階段，第三個(gè)階段為降溫階段。在升溫階段，樹脂基碳纖維預(yù)成型體的溫度逐漸 上升，隨著溫度的上升樹脂的流動(dòng)性增強(qiáng)，此時(shí)預(yù)成形體中的碳纖維被樹脂充分潤濕，而樹 脂基碳纖維預(yù)浸料表面的壓力則在短時(shí)間內(nèi)迅速上升到最大值后保持最大的壓力值不變； 在保溫階段，壓力保持升溫階段達(dá)到的最大值不變，此時(shí)對(duì)樹脂基碳纖維復(fù)合材料施加的 壓力可擠壓出預(yù)成形體中的空氣、除去空隙并實(shí)現(xiàn)纖維的均勻分布;在降溫階段，關(guān)閉電源 使樹脂基碳纖維預(yù)浸料的溫度逐漸恢復(fù)至室溫，最終得到要求的樹脂基碳纖維復(fù)合材料零 件。
[0024] 本發(fā)明中預(yù)成形體采用樹脂基碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行鋪層，同時(shí)采用丙酮溶液清洗這 些預(yù)浸料的兩端，由于樹脂溶于丙酮溶液，因此丙酮溶液會(huì)將樹脂基碳纖維預(yù)浸料長邊兩 端的樹脂洗去，每端清洗的長度為1〇_，將這IOmm的碳纖維暴露出來。用此經(jīng)過處理的預(yù)浸 料進(jìn)行鋪層，按照上述要求鋪設(shè)完成的預(yù)浸料作為本實(shí)施例中的預(yù)成形體。同時(shí)，在中間層 的預(yù)浸料之間埋設(shè)電極，將涂有導(dǎo)電膏的電極分別埋設(shè)在預(yù)浸料長邊的兩端，暴露于預(yù)浸 料鋪層外側(cè)的電極通過導(dǎo)線與電源連接。在電極的埋設(shè)位置，電極與碳纖維直接接觸，并將 電流傳遞給碳纖維，碳纖維在電流和自身電阻的作用下產(chǎn)生焦耳熱，同時(shí)將自身產(chǎn)生的熱 量傳遞給周圍的樹脂，促使樹脂基碳纖維發(fā)生一系列的反應(yīng)。
[0025] 所述預(yù)成形體采用樹脂基碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行鋪層，采用丙酮溶液清洗這些預(yù)浸料 的兩端，由于樹脂溶于丙酮溶液，因此丙酮溶液會(huì)將樹脂基碳纖維預(yù)浸料位于長邊兩端的 樹脂洗去，使碳纖維暴露出來。用此經(jīng)過處理的預(yù)浸料進(jìn)行鋪層，得到所需的預(yù)成形體。
[0026] 在使用時(shí)，將按照上述要求鋪設(shè)完成的預(yù)浸料作為本實(shí)施例中的預(yù)成形體。在預(yù) 成形體的兩端分別埋有兩個(gè)電極，將電源的正極、負(fù)極分別與預(yù)成形體中的兩個(gè)電極連接。 將上述預(yù)成形體與埋設(shè)的電極一起鋪放在模具上，其中，模具和預(yù)成形體之間鋪設(shè)有一層 絕緣材料，以防止預(yù)成形體中的電流經(jīng)過模具而造成加熱固化結(jié)果不理想。預(yù)成形體上鋪 有熱電偶與溫度控制器連接用以監(jiān)控溫度變化。將上述預(yù)成形體、電極、模具和熱電偶密封 在真空袋組合單元中，抽取袋中的空氣直至真空后放入壓力罐中，經(jīng)過壓力罐設(shè)備加壓，以 及電源對(duì)復(fù)合材料的通電加熱。在加熱的過程中，采用溫度控制器監(jiān)測(cè)預(yù)成形體的溫度，以 便于調(diào)整電源的參數(shù)，得到所需形狀和滿足質(zhì)量要求的零件。
[0027] 所述預(yù)成形體中的碳纖維為導(dǎo)電材料，樹脂為絕緣體，因此采用通電的方式對(duì)鋪 設(shè)完成的預(yù)成形體進(jìn)行自阻加熱時(shí)，電流只從碳纖維中通過并產(chǎn)生焦耳熱，同時(shí)碳纖維將 自身產(chǎn)生的焦耳熱傳遞給周圍的樹脂。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下效果：
[0029] 本發(fā)明方法提供了一種適合于樹脂基碳纖維復(fù)合材料的加熱固化方法，利用碳纖 維的導(dǎo)電性，對(duì)復(fù)合材料預(yù)成形體的兩端通電，碳纖維在電流的作用下產(chǎn)生焦耳熱，并將熱 量傳遞給周圍的樹脂，這種通電加熱方式的加熱時(shí)間短，加熱溫度的靈敏性高，并且能夠通 過改變電流的大小來改變復(fù)合材料預(yù)成形體的加熱溫度。在樹脂基碳纖維復(fù)合材料預(yù)成形 體的固化過程中，溫度曲線易于控制，從而能夠控制復(fù)合材料的固化成形效果，成形出質(zhì)量 滿足要求的樹脂基碳纖維零件。
[0030] 本發(fā)明方法采用通電的方式加熱碳纖維，溫度升高的碳纖維將自身的溫度傳遞給 周圍的樹脂，在碳纖維周圍的樹脂形成以碳纖維橫截面為中心的環(huán)形溫度梯度，靠近碳纖 維的樹脂先固化，同時(shí)也改善了碳纖維與樹脂結(jié)合處的固化質(zhì)量，這種固化方式成形出的 樹脂基碳纖維復(fù)合材料的斷裂韌性較高。
[0031] 本發(fā)明方法采用通電加熱的方式為復(fù)合材料的固化提供熱量，與熱壓罐成形相 比，這種電加熱的方式縮短生產(chǎn)周期，一般的熱壓罐成形主要的能源和時(shí)間消耗均在復(fù)合 材料的加熱方面，固化過程一般需要5小時(shí)以上，而采用通電加熱的方式時(shí)，樹脂基碳纖維 復(fù)合材料的固化成形中只需要提供壓力，固化過程只需要180分鐘，這就節(jié)約了復(fù)合材料的 生產(chǎn)周期。同時(shí)傳統(tǒng)的加熱方式是由外向內(nèi)傳遞熱量的，在加熱過程中熱量主要集中在零 件上表面，隨著時(shí)間的推移，零件上、下表面的溫度差將達(dá)到l〇°C這就導(dǎo)致零件在厚度方向 產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，通常殘余應(yīng)力在48MPa，而采用對(duì)碳纖維通電的加熱方式熱量是由內(nèi) 向外傳遞的，因?yàn)樘祭w維均勻的分布在零件的內(nèi)部，這就使得零件的各個(gè)位置受熱均勻，零 件上、下表面以及零件內(nèi)部的溫度差在2°C以內(nèi)，最終得到的樹脂基碳纖維零件中的殘余應(yīng) 力通常在30MPa，從而零件不易發(fā)生翹曲和變形。
【附圖說明】
[0032] 圖1是本發(fā)明中自阻電加熱固化成形裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖2是本發(fā)明中樹脂基碳纖維截面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖3是本發(fā)明中真空袋組合單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖4是本發(fā)明中復(fù)合材料預(yù)浸料與電極的位置關(guān)系示意圖。
[0036] 圖5是本發(fā)明中復(fù)合材料在固化過程中溫度隨時(shí)間的變化擬合曲線。
[0037]圖6是本發(fā)明的流程圖。
[0038]其中：1.壓力罐;2.模具;3.預(yù)成形體;4.熱電偶;5.真空袋組合單元;6.溫度控制 器;7.電極;8.電源;9.碳纖維；10.樹脂；11.真空袋；12.透氣氈；13.吸膠材料;14.有孔隔離 膜;15.密封膠；16.導(dǎo)電膏；17.絕緣材料。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 本實(shí)施例是一種樹脂基碳纖維復(fù)合材料的自阻電加熱固化方法。所成形的零件為 "C"形件。本實(shí)施例中采用的樹脂基碳纖維預(yù)浸料的尺寸為1000mm X 300_ X 0.2mm，碳纖維 的體積分?jǐn)?shù)是0.6,碳纖維的電阻率是1.7Χ10-2Ω ?mm2,樹脂基碳纖維復(fù)合材料固化溫度 180。。。
[0040] 所述對(duì)樹脂基碳纖維復(fù)合材料的自阻電加熱固化是通過壓力罐實(shí)施，具體步驟如 下：
[0041] 步驟1，表面清洗。將多片矩形的樹脂基碳纖維預(yù)浸料長邊的兩端分別用丙酮溶液 進(jìn)行清洗，洗去預(yù)浸料兩端的樹脂10,每端清洗的長度均為10~15mm，使該樹脂基碳纖維預(yù) 浸料兩端的碳纖維9暴露出來，用以埋設(shè)電極7。本實(shí)施例中，所述樹脂基碳纖維預(yù)浸料兩端 的清洗長度為l〇mm。
[0042] 步驟2,鋪疊樹脂基碳纖維預(yù)浸料。對(duì)所述各樹脂基碳纖維預(yù)浸料鋪層時(shí)，