[发明专利]微波-压力固化复合材料的温度均匀分布方法及固化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料固化成形技术，尤其是一种利用微波加热使复合材料快速固化成形的技术，具体地说是一种微波-压力固化复合材料的温度均匀分布方法及成套固化装置。

背景技术

 众所周知，纤维增强树脂基复合材料具有高比强度和比刚度、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳等优点，得到广泛的应用。

微波加热固化技术是以低频电磁波穿透材料，将微波能转变成热能，对材料里外进行均匀加热的技术。微波加热固化具有生产时间短、温度易于控制、能耗低等特点，适于成型大尺寸复杂构件，是一种新型的复合材料加热固化方法。但是，之前报道的复合材料微波固化技术中都是采用真空袋压实构件。但是与传统的复合材料成型工艺，比如热压罐工艺相比，没有在压力容器内提供构件外部气压的作用，使得树脂配制和预浸料铺贴过程中裹入的空气、树脂中的挥发分等难以排出而滞留在复合材料中，产生较高的孔隙率并构成缺陷。且微波加热的均匀性在加热速率较快时，会产生“热点”，从而产生一定的加热不均匀性。

然而，在微波加热系统中加入压力容器装置的难点是，如何合理地设计微波加热部分和压力容器加热部分，使得可提供均匀微波场的微波加热装置可以在高压力的条件下正常工作。

发明内容

本发明的目的是针对现有的复合材料微波固化成形装置存在加热效率低、能耗高、均匀性差的问题，发明一种微波-压力固化复合材料的温度均匀分布方法，同时设计一种温度分布均匀的成套固化装置。

本发明的技术方案之一是：

一种微波-压力固化复合材料的温度均匀分布方法，其特征在于：将复合材料构件14放置到多边形腔体9中,使微波能量在多边形腔体9中发生多次反射后入射到复合材料14表面和内部；同时使气体压力通过压力容器提供后作用到复合材料表面，压实材料；当测量到的复合材料14温度出现温差时，加热或冷却压力容器1中的气体介质，并使所述的气体介质通过多边形腔体9上设置的电磁屏蔽通风窗实现循环流动，与复合材料发生对流换热，以提高复合材料构件14的温度均匀性。

所述的温差为5℃-10℃。

本发明的技术方案之二是：

一种温度均匀分布的微波-压力复合材料固化装置，它包括压力容器1、安装在压力容器1中的固化腔体9、真空发生装置和微波发生装置，真空发生装置通过真空管8穿过压力容器1及固化腔体9与旋转固化工件14的真空袋15相连通，微波发生装置产生的微波通过微波传输线7送入固化腔体9中，其特征是所述的固化腔体9的内腔横截面为能多次反射微波的多边形结构，在固化腔体9的两端分别安装有一个固定式电磁屏蔽通风窗4和一个能打开以方便取放工件的活动式电磁屏蔽通风窗5，在压力容器1中、正对固定式电磁屏蔽通风窗4或活动式电磁屏蔽通风窗5的位置处安装有加热或致冷装置3，在加热或致冷装置3的一侧安装有送风装置2，送风装置2将经加热或致冷装置3加热或冷却后的压力容器1中的气体介质从固定式电磁屏蔽通风窗4或活动式电磁屏蔽通风窗5送入固化腔体9中对固化工件14进行加热或冷却以达到使固化工件14表面温度分布均匀的目的。

所述的固定式电磁屏蔽通风窗4或活动式电磁屏蔽通风窗5均包括金属蜂窝板18和固定板17，金属蜂窝板18安装在一个电磁屏蔽框21中，电磁屏蔽框21固定在固定板17中，固定板17固定或铰装在固化腔体9的一端上。金属蜂窝板18的孔径刚好屏蔽所用来加热复合材料的电磁波，同时中空的蜂窝结构可以使气流流通。

所述的电磁屏蔽框21通过螺钉固定在固定板17中。

所述的金属蜂窝板18与固化腔体9外侧相对的一面上加装有加强筋。

所述的加强筋呈交叉状结构。

所述的金属蜂窝板18为铝蜂窝板。

所述的真空袋15中安装有温度传感器。

本发明的有益效果：

本发明可以很好地融合压力容器加压系统和均匀微波加热系统，从而快速成型固化复合材料构件，并尤其是大尺寸复杂曲面复合材料构件。同时将气体介质在加热后流动到腔体中，与复合材料发生对流换热，进一步提高材料的温度均匀性。该装置和方法可以取得良好的成型后力学性能。

本发明具有加热固化时间短、能耗低且易于控制。

本发明可以在固化工艺中提供与传统复合材料热压罐成型工艺相当的压力压实材料，从而保证了成型后复合材料的质量。本发明在微波加热的同时，加入气体加热或冷却装置，能消除微波快速加热可能导致的对复合材料加热不均匀的问题。

附图说明

    图1是本发明的结构示意图。