[發明專利]一種均勻接受微波輻射的復合材料成形制造裝置

在審

• 申請號: 201811513754.1
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109367066A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 湛利華;關成龍;楊曉波;戴光明;韋東才;劉桂銘;陳效平;吳欣桐;常騰飛;賀佳陽;蔣成標;鄭航
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54;B29C35/02;B29C35/08
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

本發明提供一種均勻接受微波輻射的復合材料成形制造裝置，所述裝置包括微波腔體、微波發生器、振動氣錘、物料托板、物料往復平移部件和抽真空部件；所述微波發生器向微波腔體內發送微波用于為所述復合材料供熱，所述物料托板設置在微波腔體內，物料托板上用于直接或間接放置復合材料待處理制件；所述振動氣錘為能向所述物料托板和復合材料提供5000Hz以下振動頻率的振動以及能提供2g以上豎直方向的振動加速度的振動的振動氣錘；所述物料往復平移部件為能直接或間接帶動所述復合材料待處理制件沿微波腔體內某個方向往復運動的部件。本發明所述裝置可以使得復合材料預浸料在大氣壓下固化得到性能優良的制件。

技術領域

本發明屬于復合材料固化成型領域，具體涉及一種均勻接受微波輻射的復合材料成形制造裝置。

背景技術

熱壓罐工藝是目前用于固化成型航空航天用高性能樹脂基復合材料的最常用工藝，利用熱壓罐內部的高溫壓縮氣體產生壓力對復合材料預浸料進行加熱、加壓以完成固化成型。由于航空航天用的先進樹脂基碳纖維增強復合材料在固化時一般都需要較高的溫度和固化壓力來減少固化過程中材料內部產生的缺陷，以保證固化后復合材料制件的質量，因此，熱壓罐固化成型工藝可以很好的滿足此類高性能復合材料制件的成型需要。

熱壓罐系統通常由罐體系統、加壓系統、加熱系統、冷卻系統、真空系統、控制系統等構成。罐體系統分為內筒和外筒，加熱、冷卻系統位于內外筒之間，在最高使用溫度下罐外表溫度不得大于60℃，升溫速率通常為1-5℃/min可調，冷卻系統采用循環水冷卻，降溫速率通常為0.5-5℃/min可調；熱壓罐內壓力通常可達1.5-2.5MPa，并設置有安全防爆裝置；真空系統使制品與模具之間形成一定的真空度，以便罐內壓力作用到制品上；控制系統配備有溫度、壓力、真空度的指示和記錄儀表。

熱壓罐工藝是通過加熱罐內空氣進而對制件進行由外而內的加熱，雖然通過加熱系統、加壓系統以及鼓風系統的配合作用使得罐內的空氣和壓力相對均勻，但是在加熱固化時，熱量由材料外部向內部傳遞時，會在材料內部產生溫度分布不均，進而使得固化程度不均勻，在材料內部產生較大的內應力，影響制件的成形質量。

同時，由于熱壓罐結構復雜、系統龐大，屬于高壓壓力容器，因此投資建造所需要的費用較高；不僅如此，其生產效率低且能耗巨大，設備制造和運行成本高昂等一些缺點，限制了熱壓罐成型工藝的發展甚至成為制約復合材料廣泛應用的瓶頸，因此，亟需發展一種低成本的復合材料固化技術及相應的設備。

微波具有選擇性加熱、加熱速度快、加熱均勻、穿透性強、熱慣性小、節能環保等優點。作為一種新型的復合材料固化工藝，微波固化工藝的升溫速率得到了很大程度的提高，通常可在5℃/min以上，因此能顯著減少固化時間，降低生產成本，具有巨大的發展潛力。

由于微波固化工藝采用的高升溫速率明顯減少了復合材料制件的成型時間，在限制材料內部夾雜的空氣排出的同時也造成了樹脂與纖維之間的浸漬不完全，使得成型后的復合材料內部存在大量的孔隙，削弱了樹脂與纖維之間的界面結合性能；同時，由于復合材料本身屬于熱的不良導體，采用微波加熱復合材料極有可能由于微波場的分布不均勻造成待成型的制件局部溫度過高進而產生“熱點”，局部溫度過低導致復合材料固化不完全，使得采用此工藝固化成型得到的復合材料制件的性能和質量遠遜與采用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。