[發明專利]一種復合材料的固化方法

有效

• 申請號: 201811149710.5
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109203313B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 湛利華;關成龍;楊曉波;蔣成標;戴光明;劉桂銘;胡健;常騰飛
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B29C35/08
• 分類號: B29C35/08
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 周曉艷;張文君

本發明提供一種復合材料的固化方法，包括振動預處理和低壓微波固化，其中：振動預處理具體是：將待加工的復合材料制件進行振動處理得到預處理后的復合材料制件；低壓微波固化具體是：將預處理后的復合材料制件在低壓及微波條件下進行固化；復合材料制件在振動預處理過程和低壓微波固化過程中均進行固化。應用本發明的技術方案，效果是：本發明采用振動預處理和低壓微波固化的結合，使得最后的復合材料制件基本能夠達到現有技術中高壓條件下效果，在保證復合材料制件質量和性能優良的同時，降低成型過程中所需要的壓力以及縮短固化時間，進而減少生產成本及提高安全系數。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，特別地，涉及一種復合材料的固化方法。

背景技術

復合材料相比于金屬材料，具有更高的比強度和比模量，同時兼具優良的抗疲勞性能，是應用于航空航天等高新領域的理想材料，但是由于其成型過程復雜、成型后制件的質量難以保證，限制了該材料的廣泛應用。

目前，最為成熟的復合材料成型工藝為熱壓罐工藝。熱壓罐工藝是通過熱傳導、熱對流、熱輻射三種傳熱方式對制件進行由外而內的加熱方式，盡管在加熱過程中，熱壓罐內的空氣溫度及固化壓力相對均勻，但是由于復合材料是熱的不良導體，在加熱固化時當熱量由材料外部向內部傳遞時，會在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，因此產生較大的內應力，進而影響制件的整體質量。

微波固化工藝作為一種新的固化技術，以其高效、節能、環保的顯著優勢引起了國內外眾多研究團隊的關注。該工藝是將待加熱的制件置于微波場中，在外加電磁場的作用下使制件內部介質發生極化，構成待固化制件內部的功率耗散，將微波能轉化成熱能。微波固化工藝的加熱方式屬于“分子內”加熱，不需要加熱材料周圍的空氣，而是直接將微波輻射至復合材料表面，同時穿透材料，實現材料內外同時均勻加熱。同時，相比于傳統的熱壓罐工藝，微波固化工藝的升溫速率有很大的提高，通常在5℃/min之上，因此可以很大程度的提高生產效率。但是，微波固化工藝的高升溫速率大大減少了復合材料制件的成型時間，限制了制件內部空氣的排出，進而導致微波固化工藝所得到的復合材料制件的性能和質量遠遜與采用傳統熱壓罐工藝所得的制件，限制了該工藝在工程上的廣泛應用。

關于復合材料微波固化成型工藝，國內外眾多研究團隊已展開了大量研究，并取得了豐碩的成果。如中國專利申請CN201310480686設計了一種采用微波工藝固化纖維增強樹脂基復合材料構建的裝置，該裝置采用的微波源線性可調，通過步進電機控制滾珠絲杠轉動進而控制工作臺前后運動，利用八邊形微波模諧振腔體結構來實現內部電磁場的均勻性；中國專利申請CN201310480701、CN201610027791、CN20161003557、CN201610025303等文件中公開了使用熱壓罐與微波結合用于加熱固化復合材料的技術，采用微波對制件進行快速加熱，使用熱壓罐施加高壓，能基本實現對復合材料制件的均勻性加熱，進而提高制件的質量和性能。但是對于微波高壓固化工藝，雖然能體現出微波固化帶來的高效率優勢，但是一定程度上提高了生產制造成本，同時還存在一定的安全隱患。

因此，設計一種快速高效、操作方便、安全系數高、加工成本低且能夠確保復合材料制件質量的復合材料的固化方法具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合材料的固化方法，在保證復合材料制件質量和性能優良的同時，降低成型過程中所需要的固化壓力，縮短固化時間，進而減少生產成本、提高安全系數。具體方案如下：

一種復合材料的固化方法，包括振動預處理和低壓微波固化；

振動預處理具體是：將待加工的復合材料制件進行振動處理得到預處理后的復合材料制件，其中：振動加速度為5g-20g，g＝9.8m/s；

低壓微波固化具體是：將預處理后的復合材料制件在低壓及微波條件下進行固化，其中：壓力為0.1-0.4Mpa；