[發明專利]微波-壓力固化復合材料的溫度均勻分布方法及固化裝置

有效

• 申請號: 201410295387.8
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104139532A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 李迎光;李楠埡;杭翔;周靖;吳曉春
• 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;B29C70/54
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

技術領域

本發明涉及一種復合材料固化成形技術，尤其是一種利用微波加熱使復合材料快速固化成形的技術，具體地說是一種微波-壓力固化復合材料的溫度均勻分布方法及成套固化裝置。

背景技術

?眾所周知，纖維增強樹脂基復合材料具有高比強度和比剛度、質量輕、耐腐蝕、抗疲勞等優點，得到廣泛的應用。

微波加熱固化技術是以低頻電磁波穿透材料，將微波能轉變成熱能，對材料里外進行均勻加熱的技術。微波加熱固化具有生產時間短、溫度易于控制、能耗低等特點，適于成型大尺寸復雜構件，是一種新型的復合材料加熱固化方法。但是，之前報道的復合材料微波固化技術中都是采用真空袋壓實構件。但是與傳統的復合材料成型工藝，比如熱壓罐工藝相比，沒有在壓力容器內提供構件外部氣壓的作用，使得樹脂配制和預浸料鋪貼過程中裹入的空氣、樹脂中的揮發分等難以排出而滯留在復合材料中，產生較高的孔隙率并構成缺陷。且微波加熱的均勻性在加熱速率較快時，會產生“熱點”，從而產生一定的加熱不均勻性。

然而，在微波加熱系統中加入壓力容器裝置的難點是，如何合理地設計微波加熱部分和壓力容器加熱部分，使得可提供均勻微波場的微波加熱裝置可以在高壓力的條件下正常工作。

發明內容

本發明的目的是針對現有的復合材料微波固化成形裝置存在加熱效率低、能耗高、均勻性差的問題，發明一種微波-壓力固化復合材料的溫度均勻分布方法，同時設計一種溫度分布均勻的成套固化裝置。

本發明的技術方案之一是：

一種微波-壓力固化復合材料的溫度均勻分布方法，其特征在于：將復合材料構件14放置到多邊形腔體9中,使微波能量在多邊形腔體9中發生多次反射后入射到復合材料14表面和內部；同時使氣體壓力通過壓力容器提供后作用到復合材料表面，壓實材料；當測量到的復合材料14溫度出現溫差時，加熱或冷卻壓力容器1中的氣體介質，并使所述的氣體介質通過多邊形腔體9上設置的電磁屏蔽通風窗實現循環流動，與復合材料發生對流換熱，以提高復合材料構件14的溫度均勻性。

所述的溫差為5℃-10℃。

本發明的技術方案之二是：

一種溫度均勻分布的微波-壓力復合材料固化裝置，它包括壓力容器1、安裝在壓力容器1中的固化腔體9、真空發生裝置和微波發生裝置，真空發生裝置通過真空管8穿過壓力容器1及固化腔體9與旋轉固化工件14的真空袋15相連通，微波發生裝置產生的微波通過微波傳輸線7送入固化腔體9中，其特征是所述的固化腔體9的內腔橫截面為能多次反射微波的多邊形結構，在固化腔體9的兩端分別安裝有一個固定式電磁屏蔽通風窗4和一個能打開以方便取放工件的活動式電磁屏蔽通風窗5，在壓力容器1中、正對固定式電磁屏蔽通風窗4或活動式電磁屏蔽通風窗5的位置處安裝有加熱或致冷裝置3，在加熱或致冷裝置3的一側安裝有送風裝置2，送風裝置2將經加熱或致冷裝置3加熱或冷卻后的壓力容器1中的氣體介質從固定式電磁屏蔽通風窗4或活動式電磁屏蔽通風窗5送入固化腔體9中對固化工件14進行加熱或冷卻以達到使固化工件14表面溫度分布均勻的目的。

所述的固定式電磁屏蔽通風窗4或活動式電磁屏蔽通風窗5均包括金屬蜂窩板18和固定板17，金屬蜂窩板18安裝在一個電磁屏蔽框21中，電磁屏蔽框21固定在固定板17中，固定板17固定或鉸裝在固化腔體9的一端上。金屬蜂窩板18的孔徑剛好屏蔽所用來加熱復合材料的電磁波，同時中空的蜂窩結構可以使氣流流通。

所述的電磁屏蔽框21通過螺釘固定在固定板17中。

所述的金屬蜂窩板18與固化腔體9外側相對的一面上加裝有加強筋。

所述的加強筋呈交叉狀結構。

所述的金屬蜂窩板18為鋁蜂窩板。

所述的真空袋15中安裝有溫度傳感器。

本發明的有益效果：

本發明可以很好地融合壓力容器加壓系統和均勻微波加熱系統，從而快速成型固化復合材料構件，并尤其是大尺寸復雜曲面復合材料構件。同時將氣體介質在加熱后流動到腔體中，與復合材料發生對流換熱，進一步提高材料的溫度均勻性。該裝置和方法可以取得良好的成型后力學性能。

本發明具有加熱固化時間短、能耗低且易于控制。

本發明可以在固化工藝中提供與傳統復合材料熱壓罐成型工藝相當的壓力壓實材料，從而保證了成型后復合材料的質量。本發明在微波加熱的同時，加入氣體加熱或冷卻裝置，能消除微波快速加熱可能導致的對復合材料加熱不均勻的問題。

附圖說明

????圖1是本發明的結構示意圖。