CN211868686U - 一种玻璃纤维增强树脂基复合材料的固化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及复合材料固化领域，具体而言，提供了一种玻璃纤维增强树脂基复合材料的固化系统。一种纤维增强树脂基复合材料的固化系统，包括：待固化的纤维增强树脂基复合材料层；石墨烯类材料层，所述石墨烯类材料层设置于所述复合材料层的至少一侧，且所述石墨烯类材料层与电源相连。上述固化系统中，石墨烯类材料层的热量直接传递到待固化的复合材料层处，避免了传统烘箱需要将空气加热然后固化所造成的时间和能量的浪费，因而固化效率较高；此外，该固化系统结构简单，造价较低，适合大规模应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及复合材料固化领域，具体而言，涉及一种玻璃纤维增强树脂基复合材料的固化系统。
背景技术
玻璃纤维增强树脂基复合材料具有比强度高、抗疲劳性能好、设计优异等优点，因此，玻璃纤维增强树脂基复合材料已越来越多地应用于许多领域，特别是对重量和环境敏感的结构或组件，如陆地车辆、飞机等。
玻璃纤维增强树脂基复合材料优秀的结构性能与玻璃纤维树脂预浸料的固化效果有关，目前，玻璃纤维树脂预浸料均在烘箱中进行固化，固化时的压力和温度影响最终的固化效果，在固化过程中，首先需要相当多的能量来提高烘箱温度，然后通过空气将热量传递给复合材料。由于烘箱比复合材料自身大得多，所以该固化过程的效率低，浪费了大量的时间和能量；并且专门为大型复合材料部件所制造的特制烘箱，其造价也很高。因此，这些不利因素极大地阻碍了复合材料的大规模应用，尤其是不利于飞机外场维修等。
有鉴于此，特提出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种纤维增强树脂基复合材料的固化系统，该系统固化效率较高，结构简单，造价较低，适合大规模应用。
为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：
本实用新型提供了一种纤维增强树脂基复合材料的固化系统，包括：待固化的纤维增强树脂基复合材料层；石墨烯类材料层，所述石墨烯类材料层设置于所述复合材料层的至少一侧，且所述石墨烯类材料层与电源相连。
作为进一步优选的技术方案，所述复合材料层和所述石墨烯类材料层之间还包括导热隔离层。
作为进一步优选的技术方案，所述石墨烯类材料的材质包括石墨烯。
作为进一步优选的技术方案，所述石墨烯类材料层的厚度为15-25μm。
作为进一步优选的技术方案，所述导热隔离层的厚度为5-10mm。
作为进一步优选的技术方案，所述导热隔离层的材质包括聚四氟乙烯、导热硅胶、导热双面胶或铝合金。
作为进一步优选的技术方案，所述石墨烯类材料层两端分别连接有正电极和负电极，所述石墨烯类材料层通过所述正电极和所述负电极与所述电源相连。
作为进一步优选的技术方案，所述正电极和/或所述负电极包括铜管电极。
作为进一步优选的技术方案，所述正电极和所述负电极与所述石墨烯类材料层之间均设置有导电银浆。
作为进一步优选的技术方案，包括依次设置的待固化的纤维增强树脂基复合材料层、导热隔离层和石墨烯类材料层，所述石墨烯类材料层还通过铜管电极与电源相连，所述导热隔离层的材质包括聚四氟乙烯，所述石墨烯类材料层的材质包括石墨烯。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供的固化系统采用石墨烯类材料层对待固化的纤维增强树脂基复合材料层进行固化，电源的电量输送到石墨烯类材料层后，将石墨烯类材料层加热，石墨烯类材料层的热量扩散和辐射到所述复合材料层，从而实现复合材料层的固化。该固化系统中，石墨烯类材料层的热量直接传递到待固化的复合材料层处，避免了传统烘箱需要将空气加热然后固化所造成的时间和能量的浪费，因而固化效率较高；此外，该固化系统结构简单，造价较低，适合大规模应用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种实施方式的纤维增强树脂基复合材料的固化系统结构示意图。
图标：1-待固化的纤维增强树脂基复合材料层；2-石墨烯类材料层；3-电源；4-导热隔离层；5-正电极；6-负电极。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例1
如图1所示，提供了一种纤维增强树脂基复合材料的固化系统，包括：待固化的纤维增强树脂基复合材料层1；石墨烯类材料层2，石墨烯类材料层2设置于待固化的纤维增强树脂基复合材料层1的至少一侧，且石墨烯类材料层2与电源3相连。
石墨烯类材料具有优异的机械性能、物理化学稳定性、热稳定性以及良好的导电导热等性能，当电流通过石墨烯类材料时，石墨烯类材料能够快速升温，热量通过辐射作用，扩散到周围环境中。
本实用新型提供的固化系统采用石墨烯类材料层对待固化的纤维增强树脂基复合材料层进行固化，电源的电量输送到石墨烯类材料层后，将石墨烯类材料层加热，石墨烯类材料层的热量扩散和辐射到所述复合材料层，从而实现复合材料层的固化。该固化系统中，石墨烯类材料层的热量直接传递到待固化的复合材料层处，避免了传统烘箱需要将空气加热然后固化所造成的时间和能量的浪费，因而固化效率较高；此外，该固化系统结构简单，造价较低，适合大规模应用。
需要说明的是：
上述“纤维增强树脂基复合材料”是指以有机聚合物为基体的纤维增强材料，包括但不限于玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维增强树脂基复合材料、玄武岩纤维增强树脂基复合材料或芳纶纤维增强树脂基复合材料等。
上述“待固化的纤维增强树脂基复合材料层”主要由待固化的纤维增强树脂基复合材料形成，又可称为纤维增强树脂基复合材料预浸料层。
上述“石墨烯类材料层”是指由石墨烯和/或石墨烯衍生物形成的层状结构。“石墨烯衍生物”是指石墨烯经改性得到的物质，改性方法包括但不限于氧化、加氢、氟化、有机功能化或聚合物对石墨烯的共价与非共价修饰等。石墨烯衍生物包括但不限于氧化石墨烯或氟化石墨烯等。
在一种优选的实施方式中，待固化的纤维增强树脂基复合材料层1和石墨烯类材料层2之间还包括导热隔离层4。导热隔离层不仅能够将石墨烯类材料层产生的热量传递到复合材料层，还能将复合材料层与石墨烯类材料层隔离开来，避免还未固化的复合材料对石墨烯类材料层造成污染，提高石墨烯类材料层的可重复利用率。
在一种优选的实施方式中，所述石墨烯类材料层的材质包括石墨烯。相对于石墨烯衍生物，石墨烯的电学性能更好，其加热效果更好，因而更有利于复合材料的固化，提高固化效率。
在一种优选的实施方式中，所述石墨烯类材料层的厚度为15-25μm。石墨烯类材料层的厚度不宜过大或过小，厚度过小，石墨烯类材料层中所储存的热量不足，无法对复合材料进行有效固化；厚度过大，不但会增加能源消耗，而且不会使固化效果变得更好，造价会更高。上述厚度典型但非限制性的为15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm或25μm。
优选地，石墨烯类材料层的面密度为4.5-5.5g/m2。当石墨烯类材料层的面密度为4.5-5.5g/m2时，单位面积内的碳原子数较为合理，石墨烯类材料层的导电性较为合理，从而有利于其导电后的发热和导热。上述面密度典型但非限制性的为4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5g/m2。
优选地，石墨烯类材料层的电导率为4.0×104～4.5×104S/m。当石墨烯类材料层的电导率为4.0×104～4.5×104S/m时，导电效果较好，能够实现石墨烯类材料层的快速升温，提高固化效率。上述电导率典型但非限制性的为4.0×104S/m、4.1×104S/m、4.2×104S/m、4.3×104S/m、4.4×104S/m或4.5×104S/m。
在一种优选的实施方式中，所述导热隔离层的厚度为5-10mm。导热隔离材料层的厚度不宜过大或过小，过小则隔离效果较差，过大则导热效果较差。上述厚度兼顾了导热和隔离，更适用于实际应用。上述厚度典型但非限制性的为5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm。
在一种优选的实施方式中，所述导热隔离层的材质包括聚四氟乙烯、导热硅胶、导热双面胶或铝合金。聚四氟乙烯、导热硅胶、导热双面胶或铝合金化学性能稳定，隔离效果较好，且不与树脂基体相粘连。上述导热隔离材料可选为片状或带状。
在一种优选的实施方式中，石墨烯类材料层2两端分别连接有正电极5和负电极6，石墨烯类材料层2通过正电极5和负电极6与电源3相连。
在一种优选的实施方式中，所述正电极和/或所述负电极包括铜管电极。铜管电极导电性能相对其他电极的更好，能够将电源产生的电量有效传递到石墨烯类材料层处，减少电量在电极处的热损耗，提高能源利用率，进一步降低成本。
在一种优选的实施方式中，所述正电极和所述负电极与所述石墨烯类材料层之间均设置有导电银浆(未图示)。导电银浆能使正电极和负电极与石墨烯类材料层之间形成良好的电接触。
在一种优选的实施方式中，所述固化系统包括依次设置的待固化的纤维增强树脂基复合材料层、导热隔离层和石墨烯类材料层，所述石墨烯类材料层还通过铜管电极与电源相连，所述导热隔离层的材质包括聚四氟乙烯，所述石墨烯类材料层的材质包括石墨烯。本优选实施方式中提供的固化系统中导热隔离层的材质包括聚四氟乙烯，石墨烯类材料层的材质包括石墨烯，采用该特定的石墨烯类材料层对待固化的复合材料层进行固化，石墨烯类材料层通过铜管电极与电源相连，当通电时，电源的电量输送至石墨烯类材料层，石墨烯类材料层快速高效发热，然后将其热量通过导热隔离层传递到待固化的纤维增强树脂基复合材料层处，从而实现复合材料层的固化。
优选地，待固化的纤维增强树脂基复合材料层包括以下组分：纤维、树脂和固化剂；
优选地，所述树脂选自环氧树脂，进一步优选为Cycom970环氧树脂或EH103环氧树脂；
优选地，所述纤维选自玻璃纤维；
优选地，纤维、树脂与固化剂的重量比为(65-70):(22-28):(3-8)。上述重量比典型但非限制性的为69:25:6、65:22:3、70:25:5、68:28:8、65:28:8或70:22:3。
优选地，纤维的面密度为200-250g/m2。上述面密度典型但非限制性的为200、210、220、224、230、240或250g/m2。
上述待固化的纤维增强树脂基复合材料层的组成科学合理，该组成的复合材料的固化效果相对于其他复合材料来说，效果更好，所得复合材料的力学性能更加优异。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案。
Claims (10)
1.一种纤维增强树脂基复合材料的固化系统，其特征在于，包括：
待固化的纤维增强树脂基复合材料层；
石墨烯类材料层，所述石墨烯类材料层设置于所述复合材料层的至少一侧，且所述石墨烯类材料层与电源相连。
2.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料的固化系统，其特征在于，所述复合材料层和所述石墨烯类材料层之间还包括导热隔离层。
3.根据权利要求1或2所述的纤维增强树脂基复合材料的固化系统，其特征在于，所述石墨烯类材料层的材质包括石墨烯。
4.根据权利要求1或2所述的纤维增强树脂基复合材料的固化系统，其特征在于，所述石墨烯类材料层的厚度为15-25μm。
5.根据权利要求2所述的纤维增强树脂基复合材料的固化系统，其特征在于，所述导热隔离层的厚度为5-10mm。
6.根据权利要求2所述的纤维增强树脂基复合材料的固化系统，其特征在于，所述导热隔离层的材质包括聚四氟乙烯、发泡水泥、导热硅胶、导热双面胶或铝合金。
7.根据权利要求1或2所述的纤维增强树脂基复合材料的固化系统，其特征在于，所述石墨烯类材料层两端分别连接有正电极和负电极，所述石墨烯类材料层通过所述正电极和所述负电极与所述电源相连。
8.根据权利要求7所述的纤维增强树脂基复合材料的固化系统，其特征在于，所述正电极和/或所述负电极包括铜管电极。
9.根据权利要求7所述的纤维增强树脂基复合材料的固化系统，其特征在于，所述正电极和所述负电极与所述石墨烯类材料层之间均设置有导电银浆。
10.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料的固化系统，其特征在于，包括依次设置的待固化的纤维增强树脂基复合材料层、导热隔离层和石墨烯类材料层，所述石墨烯类材料层还通过铜管电极与电源相连，所述导热隔离层的材质包括聚四氟乙烯，所述石墨烯类材料层的材质包括石墨烯。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20201106 |
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