[實用新型]一種微波均勻輻射的復(fù)合材料成形制造裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201822074781.5
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN209454197U
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湛利華;關(guān)成龍;楊曉波;韋東才;戴光明;劉桂銘;陳效平;吳欣桐;常騰飛;賀佳陽;林子鈞;熊銳
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

本實用新型提供一種微波均勻輻射的復(fù)合材料成形制造裝置，所述裝置包括微波腔體、微波發(fā)生器、振動氣錘、物料托板、微波模式攪拌器和抽真空部件；所述微波發(fā)生器向微波腔體內(nèi)發(fā)送微波用于為所述復(fù)合材料供熱，所述物料托板設(shè)置在微波腔體內(nèi)，物料托板上用于直接或間接放置復(fù)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(fù)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；所述微波模式攪拌器包含用于帶動葉片旋轉(zhuǎn)的攪拌電機(jī)，且所述葉片為金屬葉片用于反射微波而使得微波腔體內(nèi)的微波輻射均勻。本實用新型所述裝置可以使得復(fù)合材料預(yù)浸料在大氣壓下固化得到性能優(yōu)良的制件。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于復(fù)合材料固化成型領(lǐng)域，具體涉及一種微波均勻輻射的復(fù)合材料成形制造裝置。

背景技術(shù)

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(fù)合材料的最常用工藝，利用熱壓罐內(nèi)部的高溫壓縮氣體產(chǎn)生壓力對復(fù)合材料預(yù)浸料進(jìn)行加熱、加壓以完成固化成型。由于航空航天用的先進(jìn)樹脂基碳纖維增強復(fù)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(nèi)部產(chǎn)生的缺陷，以保證固化后復(fù)合材料制件的質(zhì)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(fù)合材料制件的成型需要。

熱壓罐系統(tǒng)通常由罐體系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。罐體系統(tǒng)分為內(nèi)筒和外筒，加熱、冷卻系統(tǒng)位于內(nèi)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(diào)，冷卻系統(tǒng)采用循環(huán)水冷卻，降溫速率通常為0.5-5℃/min可調(diào)；熱壓罐內(nèi)壓力通常可達(dá)1.5-2.5MPa，并設(shè)置有安全防爆裝置；真空系統(tǒng)使制品與模具之間形成一定的真空度，以便罐內(nèi)壓力作用到制品上；控制系統(tǒng)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(nèi)空氣進(jìn)而對制件進(jìn)行由外而內(nèi)的加熱，雖然通過加熱系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)以及鼓風(fēng)系統(tǒng)的配合作用使得罐內(nèi)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(nèi)部傳遞時，會在材料內(nèi)部產(chǎn)生溫度分布不均，進(jìn)而使得固化程度不均勻，在材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，影響制件的成形質(zhì)量。

同時，由于熱壓罐結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)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(chǎn)效率低且能耗巨大，設(shè)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(fā)展甚至成為制約復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的瓶頸，因此，亟需發(fā)展一種低成本的復(fù)合材料固化技術(shù)及相應(yīng)的設(shè)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(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。作為一種新型的復(fù)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(chǎn)成本，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

由于微波固化工藝采用的高升溫速率明顯減少了復(fù)合材料制件的成型時間，在限制材料內(nèi)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(fù)合材料內(nèi)部存在大量的孔隙，削弱了樹脂與纖維之間的界面結(jié)合性能；同時，由于復(fù)合材料本身屬于熱的不良導(dǎo)體，采用微波加熱復(fù)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(jìn)而產(chǎn)生“熱點”，局部溫度過低導(dǎo)致復(fù)合材料固化不完全，使得采用此工藝固化成型得到的復(fù)合材料制件的性能和質(zhì)量遠(yuǎn)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(yīng)用。