题目：碳纤维复合材料快速加热与冷却条件真空灌注工艺研究

随着石油能源的消耗和环境危机的加剧，降低汽车尾气排放和提高燃油效率成为汽车行业的主流趋势，而轻量化是实现此目标的必由之路。碳纤维增强树脂基复合材料的质轻高强性能在航空领域得到了充分的验证，是一种理想的汽车轻量化替代材料。然而，成型周期长成为其在汽车上应用的一大障碍，必须开发其快速成型工艺，以满足汽车行业的生产效率需求。本文围绕碳纤维/环氧树脂复合材料的真空灌注成型工艺，设计了两种快速加热方法：(1)硅橡胶加热垫加热;(2)碳纤维自通电加热，以成型周期和成型质量为目标，优化快速成型工艺，为快速真空灌注成型工艺的开发提供技术基础。
首先研究了烘箱加热、硅橡胶加热垫加热以及碳纤维自通电加热等三种加热方法对单向碳纤维铺层的加热速率和温度均匀性。在此基础上，采用快速固化环氧树脂体系，通过与常规烘箱加热VARIM工艺的对比，研究了快速加热VARIM工艺对复合材料成型质量和力学性能的影响。在此基础上，又研究了快速冷却条件对复合材料成型过程内部应变和层板性能的影响。
研究表明，自通电加热和硅橡胶加热都可以实现对干纤维铺层快速的加热，平均分别达到25°C/min和30°C/min，远高于烘箱的2°C/min，但快速加热方法也存在较大的温度梯度。自通电加热方法中的电极设计很重要，五片铜箔电极形式下，可达到较好的加热效果；另外，通过云母板对模具的改进，也使其温度场得到改善，使最大温度差由13°C减小到7°C。硅橡胶加热方法的温度梯度相对较小，最大温度差为4°C。
快速加热VARIM工艺层板的成型质量良好，可达到完全且均匀的固化度，玻璃化转变温度与烘箱工艺层板一致。快速加热VARIM工艺层板比烘箱工艺的弯曲性能有所提高，尤其是硅橡胶工艺层板。冷却速度对于复合材料层板成型中的应变会产生影响，速度越快，垂直于纤维方向应变越大，也对弯曲性能有更大不良影响。快速加热和快速冷却对复合材料的层间剪切性能影响都不大。