[發(fā)明專利]大厚度復(fù)合材料微波固化工藝方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810329639.2
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108582606B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李迎光;周靖
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B29C35/08
• 分類號: B29C35/08
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

1.一種大厚度復(fù)合材料微波固化工藝方法，其特征在于：將傳統(tǒng)微波固化工藝中快速升溫至復(fù)合材料固化溫度并進行等溫固化的過程設(shè)計為在某一特定溫度進行相同時間的緩慢升溫過程，通過逐漸接近復(fù)合材料的固化溫度緩慢地釋放因固化反應(yīng)放熱產(chǎn)生的熱量，將原本短暫而劇烈的固化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槌志枚骄彽墓袒^程；所述的大厚度復(fù)合材料微波固化工藝方法首先以一定升溫速率v₁升溫至第一個保溫平臺的溫度T₁，保溫一定時間t₁后，以相同的升溫速率v₂＝v₁升溫至拐點溫度T₂，然后以緩慢的升溫速率v₃在t₂時間內(nèi)升溫至復(fù)合材料的最終固化溫度T₃，最后以v₄的降溫速率對完成固化的復(fù)合材料進行降溫；此外，為確定大厚度復(fù)合材料微波固化工藝曲線中的工藝參數(shù)，應(yīng)先獲取該復(fù)合材料的固化反應(yīng)動力學(xué)模型，所述的固化反應(yīng)動力學(xué)模型是基于對復(fù)合材料固化過程進行差示掃描量熱測試的結(jié)果擬合下述方程獲得：

其中，α是復(fù)合材料的固化度，為固化反應(yīng)速率，k₁和k₂為非催化聚合反應(yīng)速率常數(shù)和自催化聚合反應(yīng)速率常數(shù)，m和n為反應(yīng)級數(shù)，A為指前因子，R為普適氣體常數(shù)，T為瞬時溫度，E為反應(yīng)活化能，B是與溫度無關(guān)的常數(shù)；

再根據(jù)固化反應(yīng)動力學(xué)模型建立大厚度復(fù)合材料微波固化過程中的固體傳熱模型，所述的大厚度復(fù)合材料微波固化過程中的固體傳熱模型為：

其中，ρ和c_p分別是復(fù)合材料的密度和比熱容，k_i是復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)張量中的分量，x_i表示坐標，Q_e為復(fù)合材料吸收的微波功率，Q_r為固化反應(yīng)放熱產(chǎn)生的熱量，Q_v為復(fù)合材料與周圍環(huán)境的換熱量；

其中，f為微波頻率，ε₀為真空介電常數(shù)，ε″為復(fù)合材料的相對介電損耗，E_rms為電場強度，對于微波間接加熱固化時，由吸波模具吸收微波產(chǎn)生熱量并將熱量傳遞給復(fù)合材料，此時Q_e為零；

其中，H為復(fù)合材料固化過程中的總放熱焓；

其中，h為對流換熱系數(shù)，T_a為復(fù)合材料周圍的環(huán)境溫度，ζ為斯蒂芬-玻耳茲曼常數(shù)，υ為復(fù)合材料表面熱輻射系數(shù)；

最后，利用獲得的固體傳熱模型獲取該大厚度復(fù)合材料微波固化工藝曲線中的工藝參數(shù)，大厚度復(fù)合材料微波固化工藝曲線中的工藝參數(shù)獲取方法為：

第一步：根據(jù)所得到的固體傳熱模型模擬一系列升溫速率v₁下復(fù)合材料厚度方向上的溫度梯度，在保證復(fù)合材料厚度方向的溫度梯度低于設(shè)定指標的情況下，v₁取最大值；

第二步：第一個保溫平臺的溫度T₁為復(fù)合材料粘度最低點附近溫度，保溫時間t₁使復(fù)合材料有效壓實；

第三步：復(fù)合材料的升溫速率v₂＝v₁；

第四步：時間t₂與傳統(tǒng)微波固化工藝中相應(yīng)過程的時間相同，溫度T₃與傳統(tǒng)微波固化工藝中的最終固化溫度相同，根據(jù)固體傳熱模型模擬一系列拐點溫度T₂下復(fù)合材料內(nèi)部的熱沖擊程度，v₃＝(T₃-T₂)/t₂，在保證復(fù)合材料內(nèi)部不存在熱沖擊的情況下T₂取最大值，或T₂取使復(fù)合材料內(nèi)部熱沖擊程度最小時的溫度值；

第五步：復(fù)合材料的降溫速率v₄為1～10℃/min或采用自然降溫過程。