一种新型CFRTP板材成型技术——电阻加热成型

电阻加热成型技术是一种通过电阻加热（ERH）碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）结合热模压进行制件生产的复合材料成型技术，该技术基于由日本科学家新开发的电阻加热CFRTP板热模压系统，工艺示意图如图1所示。

图1 基于ERH的热模压装置示意图[1]

热压是高效生产CFRTP制件的工艺之一，关键工艺步骤是采用多种技术将复合材料加热至塑化状态，包括热板加热、熔炉加热、红外加热和电阻加热（ERH）等。ERH（图2）技术的核心在于利用热塑性碳纤增材自身的高电阻特性，通过施加电流在内部产生热效应来加热CFRTP板，从而使之软化。

图2 CFRTP 的ERH技术应用示意图[1]

CFRTP主要由具有导电性的碳纤维和具有绝缘性的树脂基体两种材料组成，利用ERH系统前需要对CFRTP原材料进行初步处理，将CFRTP表面进行研磨使之暴露出导电的碳纤维本体，才可将铜电极施加电流流过CFRTP内部。因碳纤增材中自身的高电阻特性，研究表明ERH可适用于CFRTP的加热。ERH和热模压技术相结合被认为是新的CFRTP成型技术。

图3 CFRTP样品研磨后暴露出CF的表面的照片和SEM图像[1]

加热速率和最大加热温度是根据CFRTP板的电阻而变化。此外，由于电极和CFRTP板之间的接触条件会对电阻产生影响，同时也决定了板材被加热的最高温度，电阻由样品表面上暴露的碳纤维（CF）的量确定，如图4所示(a) 35% CF; (b) 50% CF和(c)90%的CF。使用不同暴露率（20%-95%）的CF样品进行加热实验，结果表明约65%的CF研磨暴露比例在通以2.0或4.0A的电流下对CFRTP（60%CF，40% PP）提供了最好的加热温度和最快的加热速率。

图4 应用于CFRTP的ERH系统实物照片[1]

参考文献&素材来源