[實用新型]一種復合材料用微波固化裝置

有效

• 申請號: 201822053375.0
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN209126203U
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 湛利華;陳效平;黃明輝;關成龍;常騰飛;楊曉波;劉桂銘;賀佳陽;戴光明
• 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

本實用新型提供一種復合材料用微波固化裝置，包括電熱件、振動臺、微波發生器、微波腔、微波局部屏蔽件和抽真空部件，所述電熱件和振動臺均設置在微波腔內；振動臺上用于放置復合材料，所述微波發生器向微波腔內發送微波用于為所述復合材料供熱，所述電熱件也用于為所述復合材料供熱，所述微波局部屏蔽件位于微波腔內且用于覆蓋在復合材料的外表面，所述微波局部屏蔽件由屏蔽微波區和透過微波區組成；所述振動臺為能向所述復合材料提供5000Hz以下振動頻率的振動以及能提供2g以上振動加速度的振動的振動臺。本實用新型所述裝置可以使得復合材料在大氣壓下固化得到性能優良的制件。

技術領域

本實用新型屬于復合材料固化成型領域，具體涉及一種復合材料用微波固化裝置。

背景技術

目前航空航天用高性能樹脂基復合材料成型主要使用熱壓罐工藝，因為其固化時一般都需要比較高的溫度和固化壓力來消除固化過程中樹脂基體所產生的氣泡，例如T800碳纖維增強環氧樹脂預浸料在180℃和0.6MPa的條件下固化，以避免固化后的制件內部疏松多孔和力學性能差。

傳統熱壓罐固化工藝中，由于復合材料制件的幾何尺寸、材料體系以及固化工藝參數的差異均會不同程度的引起制件內部溫度和固化度的不均勻分布，導致制件產生復雜的內應力，嚴重影響復合材料制件的形性協同制造，尤其是對于固化厚截面制件，制件內部存在較大的溫度梯度，因此產生的復雜的內應力會使制件產生分層和基體開裂等缺陷，甚至使制件在成型期間就遭到損壞。

因微波具有選擇性加熱、加熱速度快、加熱均勻、穿透性強、熱慣性小等優點，將微波技術應用于復合材料固化領域，能顯著減少固化時間，降低生產成本，獲得優異的制品性能，具有巨大的發展潛力。如本申請的發明人在先取得的專利權CN201610025303、CN201610027791、CN201610027866、CN201610030557以及CN201710214268等都是采用微波結合熱壓罐的工藝對復合材料進行熱壓固化。以使得熱壓固化的復合材料制件在固化過程中能夠獲得精準所需的溫度場。

但是上述復合材料固化過程中都還離不開熱壓罐的使用。而熱壓罐成型工藝存在熱壓罐設備本身價格昂貴，生產效率低、能耗高、設備制造和運行成本高、對成型模具要求高等一些缺點。另外，熱壓罐中的高壓操作結合微波使用時，還存在一定的安全隱患。這已經成為制約復合材料廣泛應用的一個瓶頸，低成本的非熱壓罐成型技術在這種背景下誕生。

非熱壓罐成型技術是一種低成本復合材料制造技術，其與熱壓罐成型工藝的主要區別是成型時不需要施加外壓，拋棄造價昂貴的熱壓罐，僅僅采用烘箱與抽真空系統，因此復合材料固化的生產成本低廉。這在設備成型和模具成本方面都優于熱壓罐成型工藝。但是，獲得與熱壓罐成型工藝相同質量的復合材料固化制件，是非熱壓罐成型技術的主要目標。

然而，由于成型壓力低，非熱壓罐成型的復合材料制件孔隙率較高。一般熱壓罐成型航空航天主承力結構件的孔隙率應低于1％，次承力結構件的孔隙率應低于2％，而傳統的復合材料預浸料若采用非熱壓罐成型技術固化，其制件孔隙率可以高達5％～10％。孔隙是影響復合材料性能的重要因素，因此降低固化得到的復合材料制件的孔隙率并使其達到熱壓罐固化的復合材料制件的孔隙率水平，已成為非熱壓罐成型技術研究的首要任務。

也就是說，隨著樹脂材料固化工藝的不斷發展，一些受力不大的非承力構件，人們已經開始用熱壓罐外固化工藝來制作。但是對于航空航天用的如T800碳纖維增強環氧樹脂預浸料等復合材料，僅僅靠抽真空的固化壓力遠遠不夠，因固化壓力不夠，固化后制件內部就會產生空隙等缺陷，進而大大降低制件的力學性能。所以，對于航空航天用的先進樹脂基碳纖維增強復合材料，使用目前已有的熱壓罐外固化技術還不能達到要求。

因此，為了節約成本和提高安全系數，在不使用熱壓罐對復合材料進行高壓固化時，如果能使得航空航天用的高性能復合材料的孔隙率也能實現類似在熱壓罐中熱壓固化的效果，這是本領域技術人員需要解決的問題。因此，本領域技術人員需要開發相應的用于高性能樹脂基碳纖維增強復合材料制件固化的裝置和方法。