[發明專利]三維間隔連體織物增強樹脂基復合材料的固化方法及固化用的微波爐

有效

• 申請號: 201410187547.7
• 申請日: 2014-05-06
• 公開（公告）號: CN103991225A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 袁鐵軍;周來水;鄭偉鋒;譚昌柏;安魯陵;蔣麒麟;徐永坤;張桂書
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B29C70/44
• 分類號: B29C70/44;H05B6/80
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

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技術領域

本發明涉及三維間隔連體織物增強樹脂復合材料構件的加工方法及相配套的微波爐,本發明應用于加工三維間隔連體織物增強的樹脂基復合材料構件。

背景技術

輕量化是復合材料發展的重要趨勢，常用的輕質復合材料多為蜂窩夾芯結構和泡沫夾芯結構，這些夾芯結構復合材料具有良好的輕質高強特性，得到了大量的應用。然而傳統夾層結構復合材料都是采用膠接的方式將蒙皮與芯材復合，因此使用過程中常發生面層與芯材脫黏問題，特別是濕熱及紫外輻射環境下易導致其強度和剛度下降.三維間隔連體織物復合材料（國外稱之為三明治結構(3-d?sandwich?structure），三維中空織物)是一種新型的夾層結構紡織復合材料，其增強基材為三維機織整體中空織物，是利用特殊三維機織工藝，將纖維聯結成厚度方向具有纖維增強的特種織物，即織物的纖維面板與芯材交織聯結在一起，面板和芯材纖維為整體連接，中空織物經樹脂復合后直接形成三維整體中空結構。

整體中空復合材料與傳統夾層材料相比有四大優點：(1)面板和芯層一次成型，織造效率高。(2)?克服了傳統的夾層材料如蜂窩、泡沫夾層復合材料易分層、不耐沖擊的弱點。(3)夾芯層空間可以為設置預埋件、監視探頭、光纖、導線等提供空間。(4)??材料具有優良的保溫、隔熱性能。目前該種材料的使用范圍越來越廣,在很多行業已經能夠取代傳統蜂窩夾層結構復合材料。但在制造該種復合材料構件過程中仍然存在一些問題。比如,由于整體中空復合材料的面板（毛面）在復合過程中由于重力的作用使得樹脂流失現象比較嚴重，聚集的樹脂相對較少，一定程度影響了材料的拉伸和側向壓縮性能，如何改進樹脂體系，增強樹脂體系的觸變性，使毛面聚集更多的樹脂將是一個亟待解決的問題。此外，傳統方法制造三維間隔連體織物增強復合材料構件時構件的芯柱不容易保持直立?,從而影響復合材料構件的力學性能;三維間隔連體織物增強復合材料構件厚度較厚時,傳統的熱爐加熱效率比較低,耗費時間長,加熱不均勻,導致固化不均勻。

?發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種新穎的三維間隔連體織物增強樹脂基復合材料的固化方法，該方法在高壓氮氣或惰性氣體環境下以微波加熱并固化處于運動狀態的復合材料預成型體，提高了復合材料預制件的質量和性能。此外，本發明還提供了使復合材料預成型體非常方便地處于運動狀態的專用微波爐。

本發明所述的一種三維間隔連體織物增強樹脂基復合材料的固化方法，其包括以下步驟：

1）按照合適的尺寸裁剪三維間隔連體織物和面層用玻璃纖維布，并使面層用玻璃纖維布粘附在三維間隔連體織物上下兩側，形成預成型體。三維間隔連體織物包括玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維等高透波纖維。

2)?稱量預成型體的重量，配制相應重量的樹脂膠液，通過浸漬工藝實現樹脂膠液對預成型體的浸漬；浸漬工藝包括手糊工藝或真空輔助成工藝或協同使用手糊、真空輔助成工藝實現。

3)在浸漬透的預成型體中插入涂有脫模劑的高導熱透波陶瓷條,?高導熱透波陶瓷條的上下表面與織物的上下面層保持接觸；保證浸漬樹脂后的織物的芯柱能夠在壓力環境下還能較好地直立,并能減小三維中空織物上下面板固化時的溫差。

4)將預成型體固定在模具上，并安裝在微波爐內可翻轉的支架上，將微波爐抽過真空后通入氮氣或惰性氣體并保持合適的壓力。

5）啟動微波爐對其中的預成型體進行均勻加熱。

6）加熱完成后，打開泄壓閥釋放罐體內壓力，將固化好的預成型體移出微波爐外冷卻，制備完成。

本發明采用在微波環境下固化樹脂,縮短了固化時間,加上翻轉支架的作用,改變樹脂在重力作用下的單向流動,減輕了上表面面板缺少樹脂呈現毛面而下表面面板富含樹脂呈現光面的現象。微波加熱是從復合材料構件內外同時加熱,該特性使得復合材料構件可以均勻固化,而且可以輕松高速效地加熱傳統熱爐很難加熱的大厚度制件。

在步驟2）配制樹脂膠液過程中，在膠液中添加重量為樹脂重量的0.5-2%的低密度高吸波率添加劑以提高微波對樹脂的加熱性能,并通過超聲振動確保添加劑在樹脂中分布均勻,之后再對樹脂進行脫氣。作為優選的材料，所述低密度高吸波率添加劑為磨碎的碳纖維或石墨纖維。

添加低密度高吸波率添加劑可以起到以下作用：

1.增加微波與復合材料的耦合,提高微波爐功率的利用率?,可實現用較小的功率就能較快地加熱復合材料,從而實現加熱時間的縮短和能量的節省。