一、研究背景

由于热塑性基材在自动化程度、循环次数、可回收性等方面的优势，纤维增强塑料领域的技术研究和发展呈现出向热塑性基材发展的趋势。使用热塑性基质材料的最新技术是基于预浸渍的编织纤维片。3,4这些材料的加工包括在红外（IR）烘箱中加热板材作为成型过程的初级阶段，随后进行注塑工艺以使组件功能化。然而，在处理时间和能耗方面，仍有改进的余地。文献表明，碳纤维焦耳热值的功率效率可达90%以上。4、5科斯洛夫斯基等人报告，将样品（25 × 150 × 0.5 mm3）从室温加热到300℃时，能耗为0.02千瓦时。

增强纤维与高分子纤维混纺纱线的发展为碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）材料的加工提供了有利条件。由此产生的半成品可以是一种编织材料，能够在一步工艺中生产成品部件。这可以通过使用单一工具将干燥的纺织品包裹成其最终形状，对增强纤维施加热量和压力，最后巩固复合材料来实现。这一过程的挑战在于如何以一种节能的方式加热纺织品

焦耳加热碳纤维是一种快速的方法，允许加热速率在60和90k /s之间。5表1显示了使用这种现象生产碳纤维复合材料零件的历史。目前应用的碳纤维复合材料的焦耳加热方法是沿纤维取向的，因此很难保证与所有纤维充分接触，特别是在复杂形状的情况下。因此，本文研究了一种不同的设置，其中包括在横向光纤方向上施加电流的工具。因此，可以建立一种焦耳加热和成型相结合的工艺。为了开发一种适用的焦耳加热技术，需要对相应的参数进行检测和评估。该过程中的压力和温度依赖材料电阻和热产生机制（通过焦耳损失，介电滞后加热和纤维之间的接触电阻加热的纤维加热）从文献中已知。14-16因此，实验重点是基于宏观变量，在实验室规模上证明可行性。

二、摘要

加工碳纤维增强热塑性部件包括加热形成热塑性基体。所需的热量可以从外部或内部施加到预制体上。产生固有热的一种可能性是使用碳纤维作为电阻元件来诱导焦耳热。到目前为止，大多数研究工作都是基于接触两端连续的碳纤维来熔化预浸渍预成型的热塑性基体。这个项目的目标是使用一种干混纺纱纺织品，在不到一分钟的时间内一步浸渍并快速巩固干纺织品。所需的成型工艺是基于焦耳加热的碳纤维由于施加电流在横向纤维方向。本文主要研究涉及的宏观参数的检测。通过这种新方法生产的第一批复合材料具有很高的潜力，加热时间为15 s，空隙率低于1%，弯曲性能与目前的技术水平相当。

三、结论

结果表明，所开发的技术在CFRTP零件的高效生产制造方面具有很大的潜力。与生产cfrtp的最新技术相比，发现了几个优点。一方面是加热时间短，15s，这使得在不到一分钟的时间内完成浸渍和固结过程。另一个优点是织物的体积加热在横截面具有低热梯度。这对于具有高熔点的聚合物，如PEEK（聚醚醚酮），PPS（聚苯硫醚）或PPA（聚酞酰胺）尤其有趣。此外，固有加热方法为热塑性复合材料提供了一种节能工艺，并为制造复杂几何形状的部件提供了可能。

因此，项目中开发的技术是开发新工具概念的第一步，可以快速将纺织品与基于热塑性纱线的碳纤维结合起来。就汽车工业而言，由于更短的加工时间和更高的能源效率，该技术可能会导致CFRTP部件的采用增加。

图1.可交换板（左）和工具1所用样品的尺寸（右）。

图2.固结材料三维显微切片（Keyence VHX-6020）。