自電阻加熱對碳纖維增強PEEK復合材料層間強度和結晶度的影響*

張小輝，張紹磊，朱玉祥，王 奔，段玉崗

（西安交通大學機械工程學院高端制造裝備協同創新中心，西安 710049）

碳纖維增強熱塑性復合材料具有成型周期短，耐熱性能、力學性能、焊接性能好，可回收復用，以及其預浸料可在常溫下長期儲存等一系列優勢，已經在先進復合材料制造領域獲得了廣泛應用[1-4]。熱塑性樹脂的熔點比較高（120～340℃），其成型的難點在于熱源的選擇及在加熱過程中對溫度的控制，常用的加熱方式包括熱風加熱、激光加熱、紅外加熱、超聲波焊接加熱。熱風加熱通常采用工業熱風槍提供高溫氣體[5-6]，熱風槍尺寸較小，可以安裝在狹小空間內，但是其熱量的利用率過低。Heider 等[7]搭建雙氮氣熱風槍加熱形式，一個熱風槍用于兩層預浸帶之間的融合；另一個熱風槍提供厚度上加熱，從而進一步提高整體的粘合程度。激光加熱加熱能量集中，可以在瞬間達到需要的溫度，但其設備成本高，需要特制的激光鏡頭以產生較大尺寸的均勻光斑，并且需要較大的激光頭安裝空間[8-10]。Stokes-Griffin等[11]搭建了激光加熱系統，激光直射在兩層預浸帶之間，并建立了三維光熱耦合模型，指出在激光加熱粘合點附近存在陰影區[12]。愛爾蘭復合材料研究中心[13]使用CF/PEEK 預浸料制造翼箱表面的加強筋，發現鋪放方向與激光功率對加強筋界面的斷裂韌性有顯著影響。紅外加熱是采用紅外輻射傳熱的方式對復合材料試件進行加熱[14-15]，其加熱過程能耗較低，加熱響應速度快，裝置簡單利于維護和更換。……