固化過程通常是聚合物基復合材料（PMC)成型過程中的關鍵一步。傳統(tǒng)的烤箱加熱固化(OHC)方法存在許多挑戰(zhàn)，如固化周期長、高能耗和高成本。電阻加熱固化(ERHC)方法可以對特定區(qū)域進行定向加熱，這有可能實現(xiàn)均勻固化并最大限度地減少整體能源需求。

因此，ERHC方法對制備低能耗和高質量PC具有重要的應用價值。在本綜述中，我們首先簡要介紹了ERHC的加熱機制。然后，根據(jù)用于ERHC的不同形式的電加熱元件，ERHC方法分為三種類型：纖維、填料和膜片。隨后，總結了三種電加熱元件的制備方法。最后，通過分析和比較，獲得了ERHC的優(yōu)勢。

1、引言

聚合物基復合材料(PMC)因其重量輕、比強度高、可設計性強的優(yōu)點，在特殊和惡劣的情況下被廣泛使用。PMC的最終性能與成型過程密不可分。固化過程對材料的制備周期和成本有影響，同時也對材料的性能有影響，而材料的性能對PC的成型過程是必不可少的。

傳統(tǒng)（高壓滅菌器）加熱固化 (OHC) 方法基于對流傳導相互作用加熱過程，通常是一個漫長的過程，并伴隨著低能效。由于無論準備材料的大小和形狀如何，整個容器體積都需要加熱，因此熱量流將逐層轉移到多個隔熱屏障上。

因此，能量損失將隨著材料結構的復雜性和尺寸的規(guī)模而增加，導致加熱效率低下。此外，對于一定厚度的材料，首先接觸加熱層的外層材料將比內層固化得更快。它最終會導致微裂紋和變形材料?？偟膩碚f，傳統(tǒng)的OHC方法存在許多問題，例如產生長固化周期、高能耗、不可避免的溫度梯度大殘余應力引起的固化不均勻、高投資和運營成本。為了突破OHC加工周期和產品性能缺陷的局限性，提出新的固化方法是最佳選擇之一。

與傳統(tǒng)的OHC方法相比，微波加熱固化(MHC)、輻射固化(RC)、電阻加熱固化(RHC)和其他新的固化方法都可以有效地縮短固化周期并降低能耗。應該注意的是，在MHC固化過程中，MHC的均勻性取決于電磁場。不均勻的電磁場將導致不均勻的輻射穿透深度現(xiàn)象，這將沿復合材料的厚度方向產生溫差，無法實現(xiàn)均勻固化。此外，MHC對樹脂和固化劑極性基的選擇性同樣會影響加熱效果。換句話說，普遍性很差。此外，高放射性也存在潛在風險。

除了上述方法外，最近使用高導電性金屬材料或具有優(yōu)導電性的非金屬材料作為固化耐熱元件，可以對特定區(qū)域進行有針對性的加熱，從而使加熱固化過程更簡單、更方便，并有可能最大限廈地減少整體能源需求。但在某些情況下，金屬加熱元件存在電熱轉換效率低和外殼疲勞的問題。相關研究發(fā)現(xiàn)，使用銅網(wǎng)進行電阻固化會導致材料的層間剪切強度降低，這與預浸料的層間空隙有關。大量空隙的存在導致材料均勻性的破壞，并使材料更容易發(fā)生故障。

為了克服上述固化方法的局限性，最近使用具有出色導電性和優(yōu)異導電網(wǎng)絡的非金屬材料作為原材料，為固化研究制作不同形式的電陽加熱元件，如碳納米管、石墨烯、碳纖維等。縣體來說，它可以分為三種類型：纖維材料、填料和膜片材料。圖1顯示了由不同材料制成的不同形式的電加熱元件，用于固化復合材料。上述固化方法不僅具有針對不同結構材料或特定區(qū)域進行定向加熱的優(yōu)點，而且具有最大限度地減少整體能耗的潛力。金屬材料作為復合材料固化中的電阻加熱元件，回顧了近年來用ERHC方法形成復合材料的研究進展?？偨Y了電加熱法的加熱機理、ERHC電加熱元件的制備方法以及ERHC制備復合材料的優(yōu)點，目的是提高對使用ERHC制備復合材料的理解。

圖1 不同方法用于聚合物復合材料固化成型

2.電阻加熱固化的基本機理和步驟

固化過程與溫度、壓力和時間密切相關。ERHC方法主要利用電能和熱量的轉換來滿足固化加熱要求。ERHC的基本加熱機制主要是通過將電流應用于電阻材料，然后材料的電阻產生“焦耳加熱（歐姆加熱或電阻加熱）”效應，即自由電子在外部電場的作用下產生定向運動。當傳導電子通過碰撞時，能量可以轉移到預制件的原子中，熱量以微小的規(guī)模產生，并將能量轉移到預制件上，從而提高預制件的溫度以達到加熱效果。圖2簡要說明了電阻加熱的原理。外部電源施加的電壓。由于導電材料是電加熱元件的核心。由于不同材料的電阻不同，聚合物基質的導電性必須高于一定范圍才能適合電加熱。因此，根據(jù)元素本身的材料、形狀和尺寸，加熱器可以分為三種類型：纖維類型、填料類型和膜片類型。外部電源施加的電流直接在光纖、填充網(wǎng)絡和膜片網(wǎng)絡內傳輸，并根據(jù)電阻材料固有的電性能產生焦耳加熱電位。產生的熱量可以根據(jù)實際需要為不同結構和形式的復合材料的固化提供直接熱源。

圖2 電阻加熱原理

根據(jù)焦耳定律，加熱器產生的熱量與電流有關。電流的變化將帶來溫度的變化。通過調整電流大小，可以控制聚合物在低溫（低電流）下流入微觀結構，然后在高溫（高電流）下固化聚合物。在相同的其他條件下，加熱器可以達到的穩(wěn)態(tài)溫度由輸入功率直接決定。當元

件的電阻較小或施加電壓大時，可實現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)因此，值得注意的是，復合固化加熱器正常有效運行的一個重要先決條件是確保有一個完整的導電電路。

一般來說，一個完整的ERHC 工藝系統(tǒng)需要設置加熱元件、電極、電源、電纜、熱電偶、溫度記錄儀、紅外成像儀、控制系統(tǒng)和其他必要組件，以實現(xiàn)有效的電陽加熱過程。組件之間的聯(lián)系如圖3所示.

ERHC工藝系統(tǒng)可以分為兩部分：電阻加熱系統(tǒng)和溫度熱成像系統(tǒng)。在電阻加熱系統(tǒng)中，加熱元件連接到電極堆棧，以確保電流有效通過整個加熱元件，最大限度地擴大加熱元件的整體熱生產范圍，并允許加熱元件充分利用自己的性能，以實現(xiàn)更均勻和同步的加熱效果。在電極和組件之間涂抹均勻的銀膏，以減少它們之間的接觸電阻。熱電偶的一端。通過電線連接到加熱元件和復合材料以監(jiān)測實時溫度，另一端直接連接到溫度控制系統(tǒng)進行實時溫度反饋。溫度控制系統(tǒng)的另一端直接連接到外部電源，以根據(jù)溫度反饋調整設定的電壓并記錄電流。在溫度熱成像系統(tǒng)中，使用紅外成像儀實時監(jiān)測和觀察ERHC 過程的溫度場并連接到計算機，通過計算和分析夾計算和控制樣品的加熱速率。也就是說，加熱器數(shù)量，加熱器和電極位置等因素也會影響復合材料的固化效果。

圖3 組件之間的聯(lián)系

用于復合固化的不同類型的加熱器之間存在細微的差異。因此，加熱元件的存在形式和制備方法是促進電阻加熱方法的重要組成部分復合固化的發(fā)展。因此，我們將在下一節(jié)中總結不同類型的電加熱元件的制備方法。

此文由中國復合材料工業(yè)協(xié)會翻譯，文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流，引用請注明出處。