[發明專利]一種回轉筒體結構碳纖維復合材料微波固化成型方法

在審

• 申請號: 202011640393.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112848384A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 褚奇奕;竇明月;胡偉葉;宛靜;仲曉春
• 申請（專利權）人: 南京晨光集團有限責任公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C35/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種回轉筒體結構碳纖維復合材料微波固化成型方法，包括以下步驟：步驟1：采用玻璃纖維復合材料制造回轉筒體結構透波模具；步驟2：將回轉筒體結構的模型導入到鋪放軟件中，生成正確的軌跡代碼并輸入到電腦；通過鋪放頭的送料、切料和止紗三個步驟，選用T300碳纖維高溫環氧樹脂預浸料，按照預先設定好的軌跡在回轉筒體結構透波模具上進行連續鋪放；步驟3：采用真空袋壓法進行預壓實；步驟4：將抽真空預壓實的回轉筒體碳纖維預制件連同玻璃纖維復合材料透波模具用螺栓緊固起來；步驟5：放入到微波罐中進行微波固化。該方法確保了微波固化工藝參數的可靠性。

技術領域

本發明涉及復合材料自動化成形領域，具體涉及一種回轉筒體結構碳纖維復合材料微波固化成型方法。

背景技術

碳纖維復合材料具有重量輕、比強度和比模量高、耐疲勞與耐腐蝕性好，已經廣泛應用于航空航天領域，其中以殼體為主的產品越來越多的選擇是用碳纖維復合材料，可以明顯減輕殼體的重量。針對大型復雜碳纖維復合材料構件，傳統的成型工藝以自動鋪放成型技術和熱壓罐固化技術為主。由于熱壓罐工藝制備的復合材料孔隙率低、纖維含量高。但熱壓罐工藝主要靠罐內空氣不斷循環流動，加速模具和復合材料換熱，利用熱傳導對復合材料進行加熱固化，難以避免地產生熱梯度。迎風面罐頭升溫降溫較快，背風面罐尾升溫降溫較慢，對于大尺寸的復合材料構件會造成頭尾極大的溫差。這會導致固化不均勻，產生復合材料固化殘余變形，這種變形很難預測和控制，致使成品率較低。

微波固化技術是近幾年逐漸發展起來的一種新的復合材料成型工藝，傳統復合材料成型工藝采用電加熱技術固化材料樹脂基體，復合材料表面和內部始終存在溫度差異。微波固化是將微波能直接輻射到材料表面，并穿透材料，使得材料的內外同時均勻加熱，能短時間達到固化復合材料的目的。傳統的固化方式依靠溫度差異傳遞熱量，而在加熱腔體中微波均勻分布，復合材料的各個部位通常都能均勻滲透微波，吸收電磁波產生熱量，大大改善的均勻性。微波對復合材料的加熱效果由材料的介電常數和損耗正切值決定。碳纖維增強復合材料的介電常數和損耗正切值都較高，微波功率的小幅度變化都會造成復合材料溫度的劇烈變化，熱慣性極小，特別適宜于加熱全過程的工藝自動化控制。微波對不同介電性能的材料作用效果不同，復合材料微波固化過程中，只有復合材料被加熱，腔體中的氣體和透波模具都不會被加熱。由于微波對材料的直接加熱、選擇性加熱以及微博源極高的能量轉化效率，使得微波固化的能源利用率遠高于熱壓罐工藝，生產環境也明顯改善。

因此，采用微波固化技術代替熱壓罐固化技術，由于其溫度響應快，固化能耗低，周期短，成本低等一系列優點，被認為是下一代復合材料高效節能固化關鍵技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種回轉筒體結構碳纖維復合材料微波固化成型方法，該方法解決了金屬模具對微波的反射，確保了微波固化工藝參數的可靠性，并實現碳纖維預浸料的快速固化成型。

實現本發明目的的技術方案是：一種回轉筒體結構碳纖維復合材料微波固化成型方法，包括以下步驟：

步驟1：采用玻璃纖維復合材料制造回轉筒體結構透波模具；

步驟2：將回轉筒體結構的模型導入到鋪放軟件中，生成正確的鋪放軌跡代碼并輸入到控制系統；設置自動鋪放工藝參數，控制系統控制鋪放頭進行送料、切料和止紗三個步驟，將預浸料按照預先設定好的鋪放軌跡在回轉筒體結構透波模具上連續鋪放，鋪放完成后得到碳纖維復合材料預制件；

步驟3：采用真空袋壓法進行預壓實：依次用脫模布、帶孔隔離膜和透氣氈包裹整個碳纖維復合材料預制件，并用壓敏膠帶貼合，最后裹上真空袋，采用密封膠帶進行密封，打開真空袋上的真空閥，用快速接頭連接真空系統進行抽真空預壓實；

步驟4：將抽真空預壓實的回轉筒體碳纖維預制件連同玻璃纖維復合材料透波模具緊固起來；

步驟5：將回轉筒體碳纖維預制件連同玻璃纖維復合材料透波模具一起放入到微波罐中，設置微波固化工藝參數進行微波固化，微波罐中有測溫裝置，可根據頻率調節微波固化溫度。