一种碳纤维自加热树脂固化方法

技术领域

本发明涉及纤维复合材料成型技术领域，尤其涉及一种碳纤维自加热树脂固化方法。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料是由纤维和树脂组成的一种新型材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐疲劳等优点，在航空航天、汽车、轨道交通等领域的应用越来越广泛。

在制备纤维增强树脂基复合材料时，需要先将纤维加入树脂基体中，或者将纤维预制体在树脂基体中浸渍，之后将所得胚料中的树脂固化成型。在工业中，通过热压机、热压罐或烘房等加热方式进行加热成型，是纤维增强树脂基复合材料最常见的加热成型方式。但是，这些加热方式均需要使用加热设备，能耗较高，设备投资大，成型效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种碳纤维自加热树脂固化方法。本发明提供的方法加热方式简单，不需要热压罐、烘房等外部加热设备，可节省加热设备的投资，特别适合碳纤维预制体的成型，成本低，应用范围广，经济意义大。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种碳纤维自加热树脂固化方法，包括以下步骤：

将树脂注入碳纤维预制体中，对所述碳纤维预制体通电加热，使树脂固化成型；所述通电加热的电压≤24V，所述通电加热的温度≤350℃。

优选的，将树脂注入碳纤维预制体中的方法包括：将所述碳纤维预制体置于模具的模腔中，并将树脂注入所述模腔内。

优选的，所述模腔的内表面设置有绝缘层；所述绝缘层为耐温型绝缘薄膜或绝缘性脱模剂涂层。

优选的，所述耐温型绝缘薄膜为聚四氟乙烯膜。

优选的，注入树脂的方法包括真空袋压法、RTM注入法和VARTM注入法。

优选的，对所述碳纤维预制体通电加热的方法包括：使用电极片将所述碳纤维预制体的两端包覆，将两端的电极片分别与电源的正负极连接，之后进行通电加热。

优选的，所述通电加热的时间为60~150min。

所述通电加热过程中，还包括对模具进行保压；所述保压的时间为20~60min，所述保压的压力为0.5~1.2MPa。

优选的，所述树脂为反应性热固性树脂或热塑性树脂。

优选的，通电加热结束后，还包括将模具降至室温，然后脱模。

本发明提供了一种碳纤维自加热树脂固化方法，包括以下步骤：将树脂注入碳纤维预制体中，对所述碳纤维预制体通电加热，使树脂固化成型；所述通电加热的电压≤24V，所述通电加热的温度≤350℃。本发明充分利用碳纤维的导电性和发热性良好的特性，将树脂的固化成型过程设计成自内向外的加热方式，操作方法简单，不需要热压罐、烘房等外部加热设备，可节省加热设备的投资，提升了产品质量和工作效率，降低了能耗，提升设自动化程度，成本低，应用范围广，工程和经济意义重大。

附图说明

图1为本发明对碳纤维预制体进行加热的操作示意图，其中：100-负极电极片，110-正极电极片，200-上绝缘层，210-下绝缘层，300-上模具，310-下模具，400-碳纤维预制体。

具体实施方式

本发明提供了一种碳纤维自加热树脂固化方法，包括以下步骤：

将树脂注入碳纤维预制体中，对所述碳纤维预制体通电加热，使树脂固化成型；所述通电加热的电压≤24V，所述通电加热的温度≤350℃。

在本发明中，所述碳纤维预制体具体为连续碳纤维预制体，在本发明的具体实施例中，采用的是碳纤维编织预制体，本发明对所述碳纤维编织预制体没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的即可。

在本发明中，所述树脂优选为反应性热固性树脂或热塑性树脂，所述反应性热固性树脂优选为环氧树脂、酚醛树脂或热固性不饱和聚酯树脂，所述热塑性树脂优选为聚酰胺树脂或聚丙烯树脂。

在本发明中，将树脂注入碳纤维预制体中的方法优选包括：将所述碳纤维预制体置于模具的模腔中，并将树脂注入所述模腔内；所述模具优选包括上模具和下模具，所述上模具和下模具闭合后形成一个空腔，即为所述模腔；本发明对所述模腔的形态没有特殊要求，可以根据目标复合材料的形态进行设计；所述模具的材质优选为金属，更优选为殷瓦钢、P20合金钢或铝；在本发明中，所述模腔的内表面优选设置有绝缘层，具体是在上模具和下模具的内表面上均设置有绝缘层，记为上绝缘层和下绝缘层；所述绝缘层优选为耐温型绝缘薄膜或绝缘性脱模剂涂层，所述耐温型绝缘薄膜优选为聚四氟乙烯膜；在本发明的具体实施例中，优选先在模具内表面铺贴耐温型绝缘薄膜，或涂覆绝缘性脱模剂，之后再铺贴碳纤维预制体。

在本发明中，所述注入树脂的方法优选包括真空袋压法、RTM（树脂传递模塑）注入法和VARTM（真空辅助树脂转移模塑）注入法；本发明对上述三种方法的操作条件没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的条件即可。

在本发明中，对所述碳纤维预制体通电加热的方法优选包括：使用电极片将所述碳纤维预制体的两端包覆，将两端的电极片分别与电源的正负极连接，之后进行通电加热；碳纤维两端的电极片分别记为正极电极片和负极电极片；所述电极片优选为铜箔或铜片；碳纤维具有优良的导电性，本发明在碳纤维两端包覆电极后通电，能够使电流通过碳纤维预制体所有区域，有利于碳纤维预制体均匀通电发热。图1为本发明对碳纤维预制体进行加热的操作示意图。

在本发明中，所述通电加热的电压≤24V，优选为12~24V，所述通电加热的温度≤350℃，优选为130~350℃，更优选为130~150℃，在本发明的具体实施例中，优选采用温度控制器对加热温度进行监测和控制；所述通电加热的时间优选为60~150min，更优选为80~120min；所述通电加热的过程中，优选还包括对所述模具进行保压，所述保压的时间优选为20~60min，更优选为30~40min，所述保压的压力优选为0.5~1.2MPa，更优选为0.8~1MPa。在本发明的具体实施例中，优选从通电开始时进行保压，保压20~60min后停止施加压力。

通电加热结束后，本发明优选将模具降至室温，然后脱模，即得到纤维增强树脂基复合材料；在本发明的具体实施例中，脱模后优选还包括将所得复合材料进行表面处理；所述表面处理优选包括打磨、上腻子、补胶和抛光中的一种或几种；所述纤维增强树脂基复合材料中碳纤维预制体的体积分数优选≥20%，更优选为20%~65%。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

在模具的内表面上铺贴一层聚四氟乙烯膜，然后再将碳纤维编织预制体铺贴到金属模具内表面的聚四氟乙烯膜上。通过RTM注入法将反应性环氧树脂注入模腔内的碳纤维编织预制体中。采用铜片将碳纤维预制体两端包覆，其中一个铜片连接电源正极，另一端连接电源负极。电压为24V，通过控制装置将温度控制在150℃±5℃，在该温度下保持120min，通电后保压30min，压力为0.8MPa，树脂在压力下高温反应固化。

在完成保温、保压、保时和降至室温后，开模具取出复合材料制品，经过打磨、上腻子、补胶、抛光等表面处理，产品检验，包装入库。

实施例2

在模具的内表面上铺贴一层聚四氟乙烯膜，然后再将碳纤维编织预制体铺贴到金属模具内表面的聚四氟乙烯膜上。通过VARTM注入法将热固性不饱和聚酯树脂注入模腔内的碳纤维编织预制体中。采用铜片将碳纤维预制体两端包覆，其中一个铜片连接电源正极，另一端连接电源负极。电压为24V，通过控制装置将温度控制在130℃±5℃，在该温度下保持120min，通电后保压20min，压力为1.2MPa，树脂在压力和高温下发生固化。

在完成保温、保压、保时和降至室温后，开模具取出复合材料制品，经过打磨、上腻子、补胶、抛光等表面处理，产品检验，包装入库。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。