[發(fā)明專利]微波固化纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工裝置及加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210167316.0
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102729490A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李迎光;李楠埡;杭翔
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B29C70/44
• 分類號: B29C70/44;B29C70/54
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的加工裝置及加工方法，尤其涉及一種微波固化纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工裝置及加工方法。

背景技術(shù)

纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度和比剛度、質(zhì)量輕、耐熱、耐腐蝕、抗疲勞、減震性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于航空航天領(lǐng)域、交通運(yùn)輸、風(fēng)力發(fā)電、電子電力等領(lǐng)域。預(yù)浸料則是把強(qiáng)化纖維(碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維)浸漬在基體(環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、熱可塑性樹脂等)中制成的預(yù)浸料片材產(chǎn)品，是復(fù)合材料的中間材料。

由于復(fù)合材料具有上述優(yōu)異的性能，故針對不同的復(fù)合材料構(gòu)件發(fā)展出了不同的成型方法。其中，熱壓罐成型方法在航空航天、汽車制造和石油化工等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。尤其是在航空航天領(lǐng)域已經(jīng)成為最為重要的成型工藝。但熱壓罐成型技術(shù)存在諸多的問題和缺陷：（1）熱壓罐固化時(shí)間長、能耗高及資源利用率低。熱壓罐工藝主要以對流換熱的形式從外到里加熱構(gòu)件，溫度差異是引起其內(nèi)部熱傳導(dǎo)發(fā)生的根本原因。復(fù)合材料成型固化時(shí)間長，并需要保證足夠的溫度均勻性。這種加熱方式效率低，時(shí)間長，溫度控制具有滯后性，大量的能源被消耗。（2）熱壓罐成型大尺寸和厚度的構(gòu)件會出現(xiàn)無法接受的溫度梯度和比較差的壓實(shí)度。大尺寸復(fù)雜復(fù)合材料的成型需要復(fù)雜的模具型面和支撐,熱傳導(dǎo)和表面的對流換熱困難,構(gòu)件的溫度均勻性差。最終將導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形。厚層合板在固化中溫度梯度會導(dǎo)致粘性和固化度的各向異性，溫度峰值首先出現(xiàn)在層板表面附近，然后向中央擴(kuò)散，且?guī)缀涡螒B(tài)對固化厚截面層板內(nèi)部微裂紋的發(fā)展和脫膠有顯著影響。同時(shí)，熱壓罐共固化的復(fù)合材料膠結(jié)界面存在一些缺陷，力學(xué)性能不夠理想，影響復(fù)合材料的質(zhì)量和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述不足提供了一種微波固化纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工裝置及加工方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的微波固化纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工裝置，包括微波源水冷接口，微波源電氣接口，磁控管，磁控管天線，矩形波導(dǎo)管，多邊形多模諧振腔，罐體，復(fù)合材料，真空管，真空管接頭，真空閥，工作臺，模具；所述的罐體布置多邊形多模諧振腔，包括微波源水冷接口、微波源電氣接口與磁控管連接，磁控管布置在罐體的外側(cè)，磁控管通過磁控管天線與矩形波導(dǎo)管連接，矩形波導(dǎo)管布置在多邊形多模諧振腔的外側(cè)，多邊形多模諧振腔的內(nèi)側(cè)壁上布置真空管接頭，多邊形多模諧振腔內(nèi)放置工作臺，模具放置在工作臺上，模具內(nèi)放置復(fù)合材料、且上端布置真空閥，真空閥通過真空管與真空管接頭連接。

本發(fā)明所述的微波固化纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工裝置，還包括壓力表，控制柜，真空泵，空氣壓縮機(jī)；所述的控制柜布置在罐體的外側(cè)，真空泵的氣體輸出端延伸入多邊形多模諧振腔內(nèi)，空氣壓縮機(jī)的氣體輸入端延伸入多邊形多模諧振腔內(nèi)，控制柜內(nèi)控制模塊控制真空泵與空氣壓縮機(jī)，壓力表與多邊形多模諧振腔連接。

本發(fā)明所述的微波固化纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工裝置，還包括紅外測溫探頭，泄壓閥；所述的紅外測溫探頭布置在多邊形多模諧振腔的外側(cè)的頂端，泄壓閥布置在罐體的外壁上；

本發(fā)明所述的微波固化纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工裝置，所述的多邊形多模諧振腔內(nèi)的微波是TEM波或TE波或TM波。

本發(fā)明所述的微波固化纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工裝置，所述的多邊形多模諧振腔的形狀是六邊形長方體或矩形長方體。

本發(fā)明所述的微波固化纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工裝置的制備方法，其特征在于：步驟如下：

1）、制備材料，在模具上涂抹脫模劑，將復(fù)合材料放置在脫模劑上，復(fù)合材料上覆蓋脫模布，脫模布上放置帶孔隔離膜，帶孔隔離膜的上方覆蓋透氣氈；

2）、用真空袋罩蓋整個(gè)復(fù)合材料及脫模布、帶孔隔離膜、透氣氈，使用密封膠帶將真空袋，固定在模具；

3）、在真空袋上端布置真空閥，真空閥上安裝快速接頭，加工材料制備完成；

4）、將上述制備完成的復(fù)合材料放入工作臺，將裝快速接頭接入真空管；

5）、將其真空袋抽至真空，通過空氣壓縮機(jī)對多邊形多模諧振腔（6）內(nèi)填充壓縮空氣或惰性氣體；

6）、啟動微波設(shè)備對復(fù)合材料進(jìn)行加熱，紅外測溫探頭實(shí)時(shí)測量其復(fù)合材料的溫度，保證固化過程的可控性；

7）、加熱完成后，打開泄壓閥釋放罐體內(nèi)壓力，取出復(fù)合材料直至冷卻，制備完成。

有益效果

本發(fā)明提供的微波固化纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工裝置及加工方法；該方法采用功率線性可調(diào)的微波加熱和抽真空加壓固化成型復(fù)合材料，在短時(shí)間內(nèi)完成纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的成型，提高構(gòu)件的質(zhì)量和性能。