CN115674827B - 一种用于电加热成型的柔性蒙皮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种于电加热成型的柔性蒙皮及其制备方法,属于复合材料固化成型技术领域,该柔性蒙皮包括依次铺层的导热柔性体、导热纤维预浸料、加热单元和隔热柔性体,整体固化成型;其中加热单元用于将通入的电能转化为热能。该柔性蒙皮通电后可以产生热量,铺覆在待固化的复合材料表面上,就可以对其进行加热固化,不需要额外的加热设备,使用方便。
Description
技术领域
本发明属于复合材料固化成型技术领域,涉及一种用于电加热成型的柔性蒙皮及其制备方法。
背景技术
树脂基复合材料以其优异的性能,在航空航天与交通运输等领域取得了越来越广泛的应用。其制备方法主要由热压罐、烘箱和压机等设备进行固化成型,对设备依赖度较大,尤其在民用航空领域,对大尺寸热压罐的需求一直居高不下。但是在一些特殊的领域,如加热设备的尺寸不符合要求、产品不能在密闭环境下固化等,则对树脂基复合材料的固化形式提出了更高的要求。
电加热固化成型树脂基复合材料,是指直接利用电能转化成的热量来进行树脂基复合材料的固化成型。它区别于热压罐等设备的固化形式,使用电能产生热量,然后利用鼓风机将热量形成热流,再吹到产品及工装表面进行加热固化。电加热成型没有“形成热流”这一中间过程,因此对设备的要求不高。专利CN105479768A公开了一种树脂基碳纤维复合材料的自阻电加热固化方法,该方法利用碳纤维自身的导电性,通过将碳纤维的两端连接电源的正、负电极而产生热量,从而固化成型;但是其不足在于不适用于自身不能导电的纤维预浸料;而且使用该方法进行加热固化时,需要提前用丙酮等溶剂将预浸料两端的树脂溶解掉,并裸露出纤潍丝束,成型工装表面和零件表面之间需要捕放一层绝缘材料,对于制备大型、形状复杂的零件,该方法前置条件太多,应用成熟度较低。专利CN111204063A公开了一种纤维增强树脂基复合材料的固化方法,该方法通过将借助石墨烯材料,将待固化的纤维增强树脂基复合材料设置于石墨烯类材料的至少一侧,然后对石墨烯类材料进行电加热加热;但是其不足在于石墨烯类材料向四周散热,热损耗高。
发明内容
本发明的目的是提供了一种用于电加热成型的柔性蒙皮及其制备方法。该柔性蒙皮通电后可以产生热量,铺覆在待固化的复合材料表面上,就可以对其进行加热固化,不需要额外的加热设备,使用方便。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提出的一种用于电加热成型的柔性蒙皮,包括依次铺层的导热柔性体、导热纤维预浸料、加热单元和隔热柔性体,整体固化成型;其中加热单元用于将通入的电能转化为热能。
优选地,所述导热柔性体为添加导热填料且能承受一定固化温度的橡胶或海绵,所述导热柔性体的导热系数应不小于3W/(m·K)。
优选地,所述导热纤维预浸料由导热纤维与导热树脂制备而成,具有较大的导热系数;所述导热纤维选自碳纤维、石墨纤维、氧化铝纤维、氮化铝纤维、铝纤维、铜纤维中的一种,纤维形态为连续纤维或短切纤维,其导热系数应不小于30W/(m·K);所述导热树脂选自导热PBT树脂、导热PC树脂、导热Reny树脂中的一种,其导热系数应不小于5W/(m·K)。
优选地,所述加热单元的形状根据待固化复合材料的形状而定,如果待固化复合材料的表面(较为)平整,曲率较小(小于一阈值),则所述加热单元的形状为宽度(短边边长)是10~20mm的连续长条形;如果待固化复合材料的表面形状(较为)复杂,曲率较大(大于一阈值),则所述加热单元的形状为10mm×10mm的正方形。
优选地,所述加热单元均匀分布在所述导热纤维预浸料的表面上,如果所述加热单元是宽度为10~20mm的连续长条形,则所述加热单元的表面积占所述导热纤维预浸料表面积的比例为0.5~0.67;如果所述加热单元为10mm×10mm的正方形,则所述加热单元的表面积占所述导热纤维预浸料表面积的比例为0.25~0.44。
优选地,所述隔热柔性体用于隔绝热量,减少所述加热单元与空气之间的热量损耗,其导热系数不大于0.4W/(m·K)。
本发明提出的一种用于电加热成型的柔性蒙皮的制备方法,包括以下步骤:
首先,将导热柔性体铺贴在工装表面,再在导热柔性体上表面依次铺贴导热纤维预浸料、加热单元和隔热柔性体;
然后,在隔热柔性体上表面依次铺放隔离膜和透气毡,再用真空袋封装,气密性检测合格后,通过加热固化,得到柔性蒙皮。
优选地,所述导热柔性体的厚度与所述隔热柔性体的厚度保持一致。
优选地,所述导热柔性体的厚度与所述导热纤维预浸料的厚度之比为2~2.5。
优选地,所述导热柔性体的厚度与所述加热单元的厚度之比为0.5~4。
优选地,如果要制备的柔性蒙皮用于平板类或小曲率(曲率小于一阈值)类复合材料的固化成型,为保证复合材料产品表面的成型质量,所述导热纤维预浸料需要具备较大的刚度,其厚度控制为1~1.2mm。
优选地,如果要制备的柔性蒙皮用于大曲率(曲率大于一阈值)、形状(较为)复杂的复合材料的固化成型,为保证柔性蒙皮的随型能力,所述导热纤维预浸料需要兼具柔性与刚度,其厚度控制为0.4~0.5mm。
本发明取得的有益效果如下:
本发明提出的用于电加热成型的柔性蒙皮,是一种用于复合材料固化成型的电加热毯式的加热构件。该柔性蒙皮在使用时,导热柔性体表面贴一层脱模材料,然后紧贴在待固化的复合材料表面,最后打真空袋,气密性检测合格后通电,就会对待固化的复合材料进行加热固化。其中,加热单元用于将电能转化为热能,为待固化的复合材料提供固化驱动力。导热柔性体既起到传递热量的作用,又起到为柔性蒙皮提供随型能力的作用。导热纤维预浸料一方面用于传递热量,另一方面为柔性蒙皮提供一定的刚度,提高复合材料表面成型质量。隔热柔性体能够减少热量散失,提高固化加热效率,同时具有保护加热单元的作用。导热柔性体、导热纤维预浸料、加热单元和隔热柔性体的最高使用温度大于待固化复合材料的固化温度。
附图说明
图1为本发明的一种用于电加热成型的柔性蒙皮的结构侧视图。
图2A-2B为本发明的连续长条形加热单元的分布俯视图。
图3A-3B为本发明的正方形加热单元的分布俯视图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明所述的实施方式,下面结合附图和实施案例对本发明进行阐述,但并不因此将本发明限制在所述的实施范围之中。所有这些构思应视为本发明所公开的内容和保护范围。
本发明提出一种用于电加热成型的柔性蒙皮,如图1所示,包括依次铺层的导热柔性体、导热纤维预浸料、加热单元和隔热柔性体,整体固化成型;其中加热单元用于将通入的电能转化为热能。
根据一些实施方式,所述导热柔性体为添加导热填料且能承受一定固化温度的橡胶或海绵,所述导热柔性体的导热系数应不小于3W/(m·K)。
根据一些实施方式,所述导热纤维预浸料由导热纤维与导热树脂制备而成,具有较大的导热系数;所述导热纤维选自碳纤维、石墨纤维、氧化铝纤维、氮化铝纤维、铝纤维、铜纤维中的一种,纤维形态为连续纤维或短切纤维,其导热系数应不小于30W/(m·K);所述导热树脂选自导热PBT树脂、导热PC树脂、导热Reny树脂中的一种,其导热系数应不小于5W/(m·K)。
根据一些实施方式,所述加热单元的形状根据待固化复合材料的形状而定,如果待固化复合材料的表面(较为)平整,曲率较小(小于一阈值),则所述加热单元的形状为宽度(短边边长)是10~20mm的连续长条形(如图2A-2B所示);如果待固化复合材料的表面形状(较为)复杂,曲率较大(大于一阈值),则所述加热单元的形状为10mm×10mm的正方形(如图3A-3B所示)。
根据一些实施方式,所述加热单元均匀分布在所述导热纤维预浸料的表面上,如果所述加热单元是宽度为10~20mm的连续长条形,则所述加热单元的表面积占所述导热纤维预浸料表面积的比例为0.5~0.67;如果所述加热单元为10mm×10mm的正方形,则所述加热单元的表面积占所述导热纤维预浸料表面积的比例为0.25~0.44。
根据一些实施方式,所述隔热柔性体用于隔绝热量,减少所述加热单元与空气之间的热量损耗,其导热系数不大于0.4W/(m·K)。
本发明提出的一种用于电加热成型的柔性蒙皮的制备方法,包括以下步骤:
首先,将导热柔性体铺贴在工装表面,再在导热柔性体上表面依次铺贴导热纤维预浸料、加热单元和隔热柔性体;
然后,在隔热柔性体上表面依次铺放隔离膜和透气毡,再用真空袋封装,气密性检测合格后,通过加热固化,得到柔性蒙皮。
根据一些实施方式,所述导热柔性体的厚度与所述隔热柔性体的厚度保持一致。
根据一些实施方式,所述导热柔性体的厚度与所述导热纤维预浸料的厚度之比为2~2.5。
根据一些实施方式,所述导热柔性体的厚度与所述加热单元的厚度之比为0.5~4。
根据一些实施方式,如果要制备的柔性蒙皮用于平板类或小曲率(曲率小于一阈值)类复合材料的固化成型,为保证复合材料产品表面的成型质量,所述导热纤维预浸料需要具备较大的刚度,其厚度控制为1~1.2mm。
根据一些实施方式,如果要制备的柔性蒙皮用于大曲率(曲率大于一阈值)、形状(较为)复杂的复合材料的固化成型,为保证柔性蒙皮的随型能力,所述导热纤维预浸料需要兼具柔性与刚度,其厚度控制为0.4~0.5mm。
以下给出一具体的实施例:
1)根据所需要固化成型的复合材料的外形,确定柔性蒙皮所用导热纤维预浸料的厚度,本实施例中,需要固化成型的复合材料为一块500mm*500mm*2mm的平板,导热纤维预浸料的厚度定为1mm。
2)导热柔性体与导热纤维预浸料的厚度之比选择2,则导热柔性体的厚度为2mm。所用导热柔性体为导热硅橡胶,导热系数为5W/(m·K)。
3)导热柔性体的厚度与隔热柔性体的厚度保持一致,本实施例中,隔热柔性体的厚度为2mm。所用隔热柔性体为天然橡胶,导热系数为0.2W/(m·K)。
4)导热纤维预浸料为石墨纤维与导热PC树脂制备而成的预浸料。
5)加热单元均匀分布在导热纤维预浸料的表面,本实施例中选用的加热单元的尺寸为10mm*10mm*1mm,在导热纤维预浸料表面上的分布面积所占比例为0.44。
6)所有材料的规格确定好之后,首先在工装表面涂刷脱模材料,接着在干燥的脱模材料表面依次铺贴导热柔性体、导热纤维预浸料、加热单元和隔热柔性体,然后在隔热柔性体表面依次铺放隔离膜和透气毡,最后封装制袋,气密性检测合格后,进行加热固化,得到柔性蒙皮。
虽然本发明已以实施例公开如上,然其并非用以限定本发明,本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的适当修改或者等同替换,均应涵盖于本发明的保护范围内,本发明的保护范围以权利要求所限定者为准。
Claims (9)
1.一种用于电加热成型的柔性蒙皮,其特征在于,包括依次铺层的导热柔性体、导热纤维预浸料、加热单元和隔热柔性体,整体固化成型;其中加热单元用于将通入的电能转化为热能;所述加热单元的形状根据待固化复合材料的形状而定,如果待固化复合材料的表面平整,曲率小于一阈值,则所述加热单元的形状为宽度是10~20mm的连续长条形;如果待固化复合材料的表面形状复杂,曲率大于一阈值,则所述加热单元的形状为10mm×10mm的正方形;所述加热单元均匀分布在所述导热纤维预浸料的表面上,如果所述加热单元是宽度为10~20mm的连续长条形,则所述加热单元的表面积占所述导热纤维预浸料表面积的比例为0.5~0.67;如果所述加热单元为10mm×10mm的正方形,则所述加热单元的表面积占所述导热纤维预浸料表面积的比例为0.25~0.44。
2.如权利要求1所述的柔性蒙皮,其特征在于,所述导热柔性体为添加导热填料且能承受一定固化温度的橡胶或海绵,所述导热柔性体的导热系数应不小于3W/(m·K)。
3.如权利要求1所述的柔性蒙皮,其特征在于,所述导热纤维预浸料由导热纤维与导热树脂制备而成;所述导热纤维选自碳纤维、石墨纤维、氧化铝纤维、氮化铝纤维、铝纤维、铜纤维中的一种,纤维形态为连续纤维或短切纤维,其导热系数应不小于30W/(m·K);所述导热树脂选自导热PBT树脂、导热PC树脂、导热Reny树脂中的一种,其导热系数应不小于5W/(m·K)。
4.如权利要求1所述的柔性蒙皮,其特征在于,所述隔热柔性体的导热系数不大于0.4W/(m·K)。
5.一种用于电加热成型的柔性蒙皮的制备方法,用于制备权利要求1-4任一项所述的柔性蒙皮,其特征在于,包括以下步骤:
首先,将导热柔性体铺贴在工装表面,再在导热柔性体上表面依次铺贴导热纤维预浸料、加热单元和隔热柔性体;
然后,在隔热柔性体上表面依次铺放隔离膜和透气毡,再用真空袋封装,气密性检测合格后,通过加热固化,得到柔性蒙皮。
6.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述导热柔性体的厚度与所述隔热柔性体的厚度保持一致。
7.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述导热柔性体的厚度与所述导热纤维预浸料的厚度之比为2~2.5。
8.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述导热柔性体的厚度与所述加热单元的厚度之比为0.5~4。
9.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于,如果要制备的柔性蒙皮用于平板类或曲率小于一阈值的复合材料的固化成型,则所述导热纤维预浸料的厚度控制为1~1.2mm;如果要制备的柔性蒙皮用于曲率大于一阈值、形状复杂的复合材料的固化成型,则所述导热纤维预浸料的厚度控制为0.4~0.5mm。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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