[發明專利]一種碳纖維增強樹脂基復合材料綜合電損耗固化方法

有效

• 申請號: 201710975475.6
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107662303B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 李迎光;劉舒霆
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B29C35/02
• 分類號: B29C35/02;B29C70/44;B29L31/30
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

1.一種碳纖維增強樹脂基復合材料綜合電損耗固化方法,其特征在于，在碳纖維增強樹脂基復合材料各層邊緣，沿纖維方向和垂直于纖維方向，分別鋪設成對金屬片材作為電極，在各對電極間獨立地施加波形、頻率、電流密度連續變化的交變電場，在樹脂基體的極化損耗，漏導損耗和游離損耗，以及纖維的電導損耗組成的綜合電損耗作用下，按照綜合電損耗固化溫度控制策略，在壓力的輔助下加熱固化復合材料；所述的綜合電損耗固化溫度控制策略為，以溫度為反饋信號，獨立控制各電通路的電參數；垂直于纖維方向控制電場交變頻率，頻率上限為樹脂基體極化響應頻率最大值；沿纖維方向控制電流密度，電流密度上限為碳纖維電流密度閾值，該閾值以電流刻蝕效應不降低復合材料宏觀性能為設定標準。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于包括下列步驟：

步驟1：鋪放準備與裁切下料；有機溶劑清洗模具表面，均勻涂覆脫模劑，保證模具與材料間絕緣；裁切原材料，并按照材料邊緣輪廓裁切金屬片材作為電極；

步驟2：材料與電極鋪疊；按照材料設計要求，逐層鋪疊材料，單向材料層間夾角可為任意角度；在各層材料邊緣，沿纖維方向和垂直于纖維方向分別鋪設成對電極，電極由外部壓力或導電粘接劑固定；材料內部與外部設置溫度傳感器；

步驟3：連接電通路；將各層材料兩對電極引出的線纜分別接入多輸出電源，各條電通路之間相互獨立；電通路中接入電參數測量儀表；

步驟4：布置輔助材料及保溫層；按照材料及工藝要求，鋪設輔助材料后，再利用導熱系數小于等于0.12 W/(m·K)的材料，包裹整個材料；

步驟5：施加壓力；鋪疊好的材料體系在對應的壓力設備中放置穩妥，材料處于氮氣或二氧化碳類惰性氣體內，并按照成型工藝施加壓力；

步驟6：交流電場綜合電損耗固化；為各層碳纖維材料的兩對電極獨立地施加不同波形、頻率、電流密度的交變電場，按照材料成型工藝，以綜合電損耗固化溫度控制策略執行加熱、保溫、冷卻，最終固化材料；

步驟7：脫模與切割；脫模后，除去輔助材料，按構件輪廓將材料邊緣的金屬電極區域切割，獲得最后的復合材料構件。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的交變電場波形可以是正弦波、三角波、PWM脈寬調制波、截斷正弦波、隨機波形；所述的電場頻率可以是由低頻、中頻、高頻連續變化的波形，頻率范圍為0-300000Hz。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的壓力通過真空壓力、高壓氣體、高壓液體、機械壓力方式施加壓力；壓力施加設備可以是真空袋，大型高壓罐，柔性膜液壓腔，模壓機，同時施加壓力的方式也可為上述兩種或多種方法的融合。

5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述鋪疊后的復合材料為平均體積電阻率小于10^-3Ωm的層合板構件；材料可以是碳纖維增強熱固性樹脂基預浸料、干態碳纖維與液態熱固性樹脂基體或膠膜、碳纖維增強熱塑性樹脂片材、以及干態碳纖維與粉末或顆粒狀熱塑性樹脂基體共混物。

6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述的電極金屬片材為鋁、銅或銀，制成片狀、網狀或者柵格狀，其厚度小于單層碳纖維復合材料的厚度。

7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述的溫度傳感器為材料層間多點溫度傳感器，或整個構件的外部非接觸式測溫儀；所述的材料電參數測量儀表為能測量材料電參數的數字電表，所述的電參數包括體積電阻，電流，電壓，頻率和波形。

8.根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述的保溫層是硅酸鋁棉，酚醛泡沫板或陶瓷保溫板。