ERHC方法固化聚合物基复合材料的研究（二）

3.1. 光纤加热器

与金属线相比，光纤加热器克服了加热不均匀、寿命短、热转换效率低的问题。目前，纤维加热器主要采用纤维束直接通电和织物交叉堆叠等方法制备。CF在导电性和导热系数方面的优势在使其成为有效的加热元件方面发挥着重要作用。

Sarles 等人使用CF拖曳的固有电阻率将电极直接连接到CF拖曳的两端，并对涂有U-Nyted环氧的PAN基CF拖车进行白阳加热固化，并通过调整施加的电压，以30摄氏度/分钟的速度控制样品的温度，以实现材料刚度的目的。

shi等人报告了一种用于制备三维多尺度CF聚合物复合材料的快速电热触发淹没热固化方法（图4）。CF预制件缠绕在圆柱形模具v上，浸泡在液体聚合物中，以便在低电流下浸渍树脂并在大电流下通过焦耳加热固化。这种射线电热触发固化方法为使用碳纤维拖车的自阻加热制备节能、可伸缩和体积复合材料提供了新思路。

除了CF作为加热器直接通电外，Joseph等人以分层方式将8层CF预浸料连接到15A的恒定电流。有人指出，温度可以在10分钟内升至185°C的稳态凝固；温度和温度波动可以在+3°C内稳定下来。这证明CF加热元件也可以以上篮的形式呈现。

Liu等人比较了使用电热毯和CF预浸渍贴片修复纤维增强聚合物部件，发现CF自电阻加热(SRE）修复部件的过程（图 5(a），(b)）可以控制＋5°C内的最低温度滞后。从两个红外线剖面（图5(c)，（d)）可以看出，在120°C的稳定状态下，最大温差仅为6°C。这是因为在加热过程中，电流流过补丁中的每个CF，而CF 是唯一的热源，因此绝对体积加热模式产生了均匀的温度分布。

为了提高CF加热器的加热效果，Kong 等人通过引入多功能氧化锌 (ZnO）纳米棒作为热阱和屏障穿插，提高了复合材料中CF层之间的焦耳加热效率，从币实现了更大的保温。Baheti涂层粉煤灰颗粒密度低，填充能力强，球面光滑，铣削后对堆叠的CF材料导热性高，以提高CF和聚合物的兼容性(图6）。将复合材料固化过程中的结构损伤降至最低，从而使CF加热元件的产生热效果更好，散热效果更集中。与此同时，这个想法也丰富了CF加热器制造方法的可能性。

此外，为了分析不同电极布置和不同CF堆叠安排对CF层压板样品ERHC加热温度场的影响，Liu等人在电源中使用80W的恒定功率进行具有不同铜带电极布置和不同CP的CF层压板堆叠安排。层样本被通电30秒，以获得每个样品的温度分布图像（图7）。研究发现，随着层间电极数量的增加，平面内温度均匀性可能会变得更加均匀。同时，对于不同的堆叠样品，纤维布置对光纤加热器的加热效率和热分布有重大影响。

因此，需要合理设计组件的结构和连接，否则组件的传热面积和性能将受到影响。除了对加热器和电极之问连接安排的研究外，Welekotter等人还指出，加热器和电极之间的接触质量也影响了ERHC的加热质量，这主要取决于电极的形状、尺寸和连接方法。通过使用尺寸更大、边缘圆角的电极，可以实现更均匀的温度分布。电极连接不当会增加接触电阻，这将导致电路连接期间的能耗，整个材料厚度的温度梯度一直是限制高质量和厚聚合物复合材料的节能固化。

为此，Shen等人考虑了在非矩形或形状的碳CFRP部件中不可避免地形成分布不均匀的电流密度和焦耳加热功率。受专注于金属SRE的多区补偿 (MZC)方法的启发，他们提出了一种优化的SRE方法，可以独立控制多区和多电源，使用Cs作为非矩形CFRP零件固化的加热器。结果表明，通过优化矩形带中的电压电流电容器和接地电极之问的方向，显著抑制了零件不同区域之间的电压梯度和电流扩散引起的局部过热，这可以有效地提高CFRP 部件在加热和成形过程中的温度均匀性。

除了CF外，CNT纤维也可以用作ERHC的加热元件。Qiu等人通过纺纱气凝胶基纤维制成 CNT纤维，其中用注射化学气相沉积 (ICVD）法合成了CNT。文献中提供了生产参数。

值得注意的是，Shang 等人报告说，使用焊接的CNT/GF灯丝作为由焦耳加热CNT产生的高温电热冲击制造的加热器，可以实现复合材料的ERHC（图8）。

总而言之，我们可以发现，与适合固化长度变化的复合材料的纤维束的直接连接相比，纤维织物铺设的制备方法可以为太型和非短形复食材料的制备提供重要的设计理念。为了避免只有几根纤维来促进电流流动，请单独控制多个应考虑独立电路或富集纤维加热元件的交织结构，以实现更均匀的加热行为。

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