3.1. 光纖加熱器

與金屬線相比，光纖加熱器克服了加熱不均勻、壽命短、熱轉(zhuǎn)換效率低的問題。目前，纖維加熱器主要采用纖維束直接通電和織物交叉堆疊等方法制備。CF在導電性和導熱系數(shù)方面的優(yōu)勢在使其成為有效的加熱元件方面發(fā)揮著重要作用。

Sarles 等人使用CF拖曳的固有電阻率將電極直接連接到CF拖曳的兩端，并對涂有U-Nyted環(huán)氧的PAN基CF拖車進行白陽加熱固化，并通過調(diào)整施加的電壓，以30攝氏度/分鐘的速度控制樣品的溫度，以實現(xiàn)材料剛度的目的。

shi等人報告了一種用于制備三維多尺度CF聚合物復合材料的快速電熱觸發(fā)淹沒熱固化方法（圖4）。CF預制件纏繞在圓柱形模具v上，浸泡在液體聚合物中，以便在低電流下浸漬樹脂并在大電流下通過焦耳加熱固化。這種射線電熱觸發(fā)固化方法為使用碳纖維拖車的自阻加熱制備節(jié)能、可伸縮和體積復合材料提供了新思路。

除了CF作為加熱器直接通電外，Joseph等人以分層方式將8層CF預浸料連接到15A的恒定電流。有人指出，溫度可以在10分鐘內(nèi)升至185°C的穩(wěn)態(tài)凝固；溫度和溫度波動可以在+3°C內(nèi)穩(wěn)定下來。這證明CF加熱元件也可以以上籃的形式呈現(xiàn)。

Liu等人比較了使用電熱毯和CF預浸漬貼片修復纖維增強聚合物部件，發(fā)現(xiàn)CF自電阻加熱(SRE）修復部件的過程（圖 5(a），(b)）可以控制＋5°C內(nèi)的最低溫度滯后。從兩個紅外線剖面（圖5(c)，（d)）可以看出，在120°C的穩(wěn)定狀態(tài)下，最大溫差僅為6°C。這是因為在加熱過程中，電流流過補丁中的每個CF，而CF 是唯一的熱源，因此絕對體積加熱模式產(chǎn)生了均勻的溫度分布。

為了提高CF加熱器的加熱效果，Kong 等人通過引入多功能氧化鋅 (ZnO）納米棒作為熱阱和屏障穿插，提高了復合材料中CF層之間的焦耳加熱效率，從幣實現(xiàn)了更大的保溫。Baheti涂層粉煤灰顆粒密度低，填充能力強，球面光滑，銑削后對堆疊的CF材料導熱性高，以提高CF和聚合物的兼容性(圖6）。將復合材料固化過程中的結(jié)構(gòu)損傷降至最低，從而使CF加熱元件的產(chǎn)生熱效果更好，散熱效果更集中。與此同時，這個想法也豐富了CF加熱器制造方法的可能性。

此外，為了分析不同電極布置和不同CF堆疊安排對CF層壓板樣品ERHC加熱溫度場的影響，Liu等人在電源中使用80W的恒定功率進行具有不同銅帶電極布置和不同CP的CF層壓板堆疊安排。層樣本被通電30秒，以獲得每個樣品的溫度分布圖像（圖7）。研究發(fā)現(xiàn)，隨著層間電極數(shù)量的增加，平面內(nèi)溫度均勻性可能會變得更加均勻。同時，對于不同的堆疊樣品，纖維布置對光纖加熱器的加熱效率和熱分布有重大影響。

因此，需要合理設計組件的結(jié)構(gòu)和連接，否則組件的傳熱面積和性能將受到影響。除了對加熱器和電極之問連接安排的研究外，Welekotter等人還指出，加熱器和電極之間的接觸質(zhì)量也影響了ERHC的加熱質(zhì)量，這主要取決于電極的形狀、尺寸和連接方法。通過使用尺寸更大、邊緣圓角的電極，可以實現(xiàn)更均勻的溫度分布。電極連接不當會增加接觸電阻，這將導致電路連接期間的能耗，整個材料厚度的溫度梯度一直是限制高質(zhì)量和厚聚合物復合材料的節(jié)能固化。

為此，Shen等人考慮了在非矩形或形狀的碳CFRP部件中不可避免地形成分布不均勻的電流密度和焦耳加熱功率。受專注于金屬SRE的多區(qū)補償 (MZC)方法的啟發(fā)，他們提出了一種優(yōu)化的SRE方法，可以獨立控制多區(qū)和多電源，使用Cs作為非矩形CFRP零件固化的加熱器。結(jié)果表明，通過優(yōu)化矩形帶中的電壓電流電容器和接地電極之問的方向，顯著抑制了零件不同區(qū)域之間的電壓梯度和電流擴散引起的局部過熱，這可以有效地提高CFRP 部件在加熱和成形過程中的溫度均勻性。

除了CF外，CNT纖維也可以用作ERHC的加熱元件。Qiu等人通過紡紗氣凝膠基纖維制成 CNT纖維，其中用注射化學氣相沉積 (ICVD）法合成了CNT。文獻中提供了生產(chǎn)參數(shù)。

值得注意的是，Shang 等人報告說，使用焊接的CNT/GF燈絲作為由焦耳加熱CNT產(chǎn)生的高溫電熱沖擊制造的加熱器，可以實現(xiàn)復合材料的ERHC（圖8）。

總而言之，我們可以發(fā)現(xiàn)，與適合固化長度變化的復合材料的纖維束的直接連接相比，纖維織物鋪設的制備方法可以為太型和非短形復食材料的制備提供重要的設計理念。為了避免只有幾根纖維來促進電流流動，請單獨控制多個應考慮獨立電路或富集纖維加熱元件的交織結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)更均勻的加熱行為。

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。