Graphene heater for resistive heat curing : Crosslinking monitoring of carbon fibre composites

Abstract

[ES] Los composites de fibra de carbono se curan tradicionalmente utilizando curado en autoclave a alta temperatura y alta presión, que es un proceso muy intensivo en energía y costoso. Este proceso no sólo es costoso sino que tampoco es efectivo para curar muestras compuestas de laminados gruesos debido a la baja conductividad térmica del proceso de curado de laminados epoxídicos de carbono. Se propone utilizar el curado por calor resistivo de laminados gruesos de fibra de carbono utilizando laminas finas de grafeno altamente eficaces y eficientes. El grafeno se incrustará en una película de Kapton, que es térmicamente estable a altas temperaturas y también puede ayudar a aumentar la resistencia a la fractura del proyecto. Por lo tanto, el curado eléctrico-resistente de los compuestos de fibra de carbono ayudará a reducir significativamente el consumo de energía (y además el coste) durante la fabricación de los compuestos y ayudará a reducir el coste de los componentes utilizados en la industria aeroespacial. En un proyecto anterior (año 2017) se demostró que el calentador de grafeno puede ser muy efectivo en la fabricación de compuestos finos de fibra de carbono utilizando bolsas de vacío con calentador de grafeno con un consumo de energía mucho menor que el proceso de curado en autoclave, además de tener un bajo tiempo de ciclo de curado en comparación con el autoclave. Este año, este proceso se ha ampliado para fabricar piezas de materiales compuestos gruesos que se utilizan normalmente en las alas de los aviones o en las estructuras de palas de los aerogeneradores, y también se ha estudiado cómo aplicar esta nueva técnica en aplicaciones industriales. El proyecto propuesto será interesante para una serie de empresas fabricantes que actualmente están utilizando la tecnología de autoclave, lo que les permitirá ahorrar el enorme consumo de energía y el largo tiempo de ciclo de curado que requiere actualmente la autoclave.

[EN] Carbon fibre composites are traditionally cured using high temperature and high-pressure autoclave curing which is very energy intensive and expensive process. This is process is not only expensive but also not effective to cure thick laminate composite samples due to poor thermal conductivity of carbon epoxy laminates curing process. It is proposed to use resistive heat curing of thick carbon fibre laminates using highly effective and efficient thin graphene laminates. The graphene will be embedded in Kapton film which is thermally stable at high temperature and can also help to increase the fracture toughness of the project. Thus the electric resistive curing of carbon fibre composites will help significantly reduce the energy consumption (and hence cost) during composites manufacturing and will help reduce the cost of the components used in aerospace industry. Previous MSc project (year 2017) showed that graphene heater can be very effective in manufacturing thin carbon fibre composites using vacuum bagging with graphene heater at much lower energy consumption than autoclave curing process, furthermore, having low curing cycle time in comparison to the autoclave. This year, this process has been expanded to manufacture thick composite parts typically used on aircraft wings or wind turbine blade structures, and also, has been studied how to apply this new technique into industrial applications. The proposed project will be interesting for a range of manufacturing companies which currently are using the autoclave technology, allowing them to save the huge energy consumption and long curing cycle time which currently the autoclave requires.