[發明專利]一種微波加熱的材料熱流量變化在線監測方法和裝置

有效

• 申請號: 201410790900.0
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN104483347A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 李迎光;李楠埡;何永喜
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;B29C35/08
• 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熱固化技術，尤其是一種復合材料的微波固化技術，具體地說是一種能在線監測材料的性態轉變和性能變化參數的方法和裝置。

背景技術

復合材料傳統的固化方式為電加熱固化，加熱固化時熱量由材料外部向內部傳遞,因此材料內部存在溫度梯度,造成沿厚度方向上固化度不同,使樹脂很難均勻和完全固化,易于產生較大的內應力。對厚壁制件須采用很嚴格的固化制度,否則會出現肉眼可見微裂紋。為減少材料的熱梯度,常采用較低的固化溫度及較慢的固化速率,但固化速度放慢,則固化周期延長。微波因獨特的“分子內”均勻加熱方式,使得樹脂固化均勻、速度快、易于控制、節省能源、設備投資少,近年來微波代替熱固化在復合材料固化方面的研究愈來愈受到重視。

微波是一種電磁波,具有能量大、能量傳遞迅速等特點,可直接與物質分子作用。作為一種全新的熱能技術代替傳統加熱方式用于聚合物及復合材料的加工研究是近些年來一個很熱門的研究方向。

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。微波加熱固化時間短、溫度易于控制、能耗低，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。多數傳統的熱固化樹脂都可采用微波輻射固化技術進行固化。利用微波固化復合材料制件，發現其固化產物的化學結構與傳統熱固化相同，但固化效率遠大于熱固化。微波固化熱復合材料具有極好的發展前景。國外在微波固化方面已經進行了深入廣泛的研究,主要集中在微波固化機理、工藝過程、微波器設計及相關基礎理論研究。

現階段對微波固化過程中材料的性態轉變和性能變化研究方法：通過微波加熱固化材料后制作樣品，將樣品置于通過電加熱的溫差分析儀器中分析材料固化過程中的固化反應參數。由于微波固化過程復雜，目前還沒有裝置可以實現在微波固化材料的過程中測量材料的性態轉變和性能變化參數，而本發明解決了這一難題，同時提出相應的測量方法。具有廣闊的市場價值和應用前景。

發明內容

本發明的目的是針對目前缺少在復合材料微波固化過程中測量材料的性態轉變和性能變化參數的研究方法及裝置的問題，發明一種微波加熱的材料熱流量變化在線監測方法，同時設計一種相應的檢測裝置。

本發明的技術方案之一是：

一種微波加熱的材料熱流量變化在線監測方法，其特征在于：將需要測試的樣品3和參比物9均放置于微波測試傳感器平臺上，在樣品3和參比物9的中部各插入一個溫度傳感器8，對樣品3和參比物9形成閉環的溫度控制；熱流量傳感器1實時測量放置測試樣品3和參比物9的盛樣器的熱流量信號，通過熱流量分析方法，計算材料的性態轉變和性能變化參數。

被測量樣品3為固態或液態樣品，樣品3放于透波材料制造的盛樣器10中。盛樣器10中部插有光纖溫度傳感器8。

由于微波的選擇性加熱，參比物9與樣品3為同一種材料，兩者的質量差應在5至200mg之間。

熱流量傳感器1實時測量放置測試樣品3和參比物9的盛樣器10的熱流量信號。

本發明的技術方案之二是：

一種微波加熱的材料熱流量變化在線監測裝置，其特征在于：它主要包括微波諧振腔4，微波輻射器5，微波源12，溫度傳感器8和熱流量傳感器1，微波輻射器5安裝在微波諧振腔4內，微波源12通過微波傳輸線13將產生的微波能傳輸到微波輻射器5中，微波輻射器5將微波能傳輸到封閉的微波諧振腔4內，對安裝在微波諧振腔4內的樣品3和參比物9同時進行微波加熱，樣品3和參比物9中均安裝有溫度傳感器8，溫度傳感器8將固化過程中測量到的溫度信號傳送給控制器，控制器控制微波源12的輸出功率，使樣品和參照物的加熱溫度達到設定值；所述的樣品3和參比物9均放置在各自的盛樣器10中，盛樣器10放置在盛樣板2上，盛樣板2放置在支架16上，盛樣板2與隔板上的凹槽15之間留有0.3-1mm的間隙，以防止微波干擾熱流量傳感器1，盛樣板2的底部安裝有高熱導絕緣層11，熱流量傳感器1的測量端與高熱導絕緣層11相接觸，熱流量傳感器1的輸出端與數據采集分析裝置的信號輸入端相連。

微波源12產生的微波能夠使得樣品3和參比物9加熱后溫度升高到至少200℃。

微波諧振腔4的腔體為圓形或規則多邊形中的一種，具有對稱性；腔體材料具有微波反射性，腔體中無任何凸出或尖角物體，表面光滑平整。

微波輻射器5為全向天線，該全向天線與爐蓋6之間采用電磁密封結構相連。

本發明的有益效果是：