[發明專利]長纖維及連續纖維增強熱塑性復合材料的電阻加熱快速成型方法

有效

• 申請號: 201611229851.9
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106738523B
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 王紹凱;顧軼卓;李敏;梁吉勇;張佐光
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B29C35/02
• 分類號: B29C35/02;B29C70/36;B29C70/34
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 李建華

本發明公開了一種以碳纖維薄氈作為加熱單元的熱塑性復合材料電阻加熱的快速成型方法及加工系統。加工系統包括真空袋封裝系統(或模壓系統)、金屬電極、電壓調控裝置、程序溫度調控裝置、熱電偶。金屬電極通過導電銀膠固定在碳纖維薄氈兩端，將鋪層好的材料體系置于真空袋或模壓機模具中。通過電壓調控裝置對碳纖維薄氈通電加熱，并通過溫度控制裝置實現工藝溫度的調控。本發明可以實現長纖維及連續纖維熱塑性復合材料的快速加熱成型，為熱塑性復合材料成型工藝提供了一種可以程序控制的快速加熱成型方法，極大地縮短了熱塑性復合材料成型周期，為熱塑性復合材料的快速成型提供了技術支撐。

技術領域

本發明涉及一種纖維增強熱塑性復合材料的電阻加熱快速成型方法，更特別地說，是采用碳纖維薄氈作為電阻加熱單元，以玻璃纖維、玄武巖纖維等纖維增強熱塑性粒料或預浸料作為原材料，通過真空袋成型工藝(或模壓工藝)與加載電極組合進行電阻自加熱成型。

背景技術

熱塑性復合材料憑借其優異的性能，如：可回收、易修復、工藝時間短、抗沖擊性能好、成型過程無化學反應更容易實現過程控制，在航空航天、汽車、建筑等諸多領域應用前景廣闊。

對于連續纖維及長纖維增強熱塑性復合材料，傳統成型工藝有模壓成型工藝、真空袋成型工藝、熱壓罐成型工藝等等。熱塑性復合材料的傳統成型工藝均是采用外部熱源加熱，由外及內進行熱傳導。熱塑性基體樹脂如聚丙烯、尼龍、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜等，具有熱導率低、熔點高的特點，加熱熔融與降溫成型周期長、耗能大，導致生產效率低、成本高。

因此發展新的熱塑性復合材料成型技術，對于縮短復合材料成型周期，提高能量利用率，降低制造成本，進而推動熱塑性復合材料的規模化應用有重要意義。

目前針對碳材料自電阻加熱成型工藝，已有的相近專利如下：在中國專利申請號200310113547.4(無權)，申請日2013年11月17日，發明名稱為“碳纖維增強復合材料的自電阻加熱成型方法”的專利申請中公開了一種導電性碳、石墨纖維增強樹脂基復合材料的自電阻加熱速成型及纖維增強的熱塑性復合材料的自電阻加熱焊接或修補的方法。其技術解決方法為充分利用碳纖維復合材料的自電阻，在壓力機械上、下臺面與預浸料之間分別安裝絕緣層，絕緣層與預浸料之間加裝電極，形成以預浸料為電阻的導電通道，成型、焊接、修補復合材料。

美國格拉弗技術國際控股有限公司的專利US2003/037856發明名稱為“熱壓法制碳/碳復合材料”公開了一種成形復合材料的方法，其步驟包括：合并包括含碳纖維的增強材料與可碳化基質材料從而形成混合物；將該混合物加熱到足以使至少一部分基質材料熔融的溫度；加熱步驟包括：對混合物施加電流以便在混合物內部產生熱；并在加熱該混合物的同時，對混合物施加至少35kg/cm²的壓力從而形成壓縮的復合材料；提高壓縮復合材料的密度：其方法是將可碳化材料引入到壓縮復合材料中的空洞中，隨后烘烤該壓縮復合材料以達到至少1.30g/cm³的密度；以及用處理組分浸漬該密度至少為1.30g/cm³的壓縮復合材料，其中所述處理組分包含金屬、金屬合金、硼、熱固化樹脂及其組合中的至少一種。

在中國專利申請號201410018321.4(有權)，申請日2014年1月16日，發明名稱為“碳纖維增強復合材料的加工系統及其采用液體成型工藝的可控碳纖維自加熱方法”的專利申請中公開了一種真空袋壓與加載電極的組合方法進行纖維增強復合材料的的成型工藝及裝置，其中纖維織物在加載正負電極的條件下實現了纖維自加熱。其技術解決方案是按照復合材料的真空輔助樹脂灌注工藝，在真空袋封裝模具中進行導電連續纖維織物的鋪層，在織物鋪層過程時，在連續織物兩端鋪放正負電極。然后抽真空灌注樹脂，連接電源通電加熱，在真空袋壓下進行復合材料的固化。再按照復合材料的一般工藝過程，冷卻、脫模，即可實現復合材料的成型。