CN102212200B - 一种树脂基复合材料微波与低能电子束协同固化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种树脂基复合材料微波与低能电子束协同固化方法，首先利用微波对树脂基复合材料预浸带进行加热以促进树脂与纤维良好的润湿性；经预热的树脂基复合材料通过低能电子束固化装置进行固化成型。本发明利用树脂基复合材微波与低能电子束协调固化方法，能耗低、效率高、灵活性强，对提高复合材料界面粘接性能和层间强度有良好的效果。
Description
技术领域
本发明属于树脂基复合材料制造领域，涉及一种树脂基复合材料固化方法，尤其是一种树脂基复合材料微波与低能电子束协同固化方法。
背景技术
由于树脂基复合材料具有高比模量、高比强度、可设计性强、抗疲劳性能和耐腐蚀性能好等特点，因而在航空航天、船舶、汽车和能源等领域的应用越来越广泛。电子束固化作为辐射固化的一种，相比于传统的热固化方式具有常温固化速度快、构件残余应力低、材料容易保存、成型过程能耗小以及模具成本低等优点，尤其是低能电子束固化方式相比高能电子束固化设备带来的高维护、屏蔽和制造成本等问题显示出了更好的优势，因此在复合材料固化领域越来越受到重视。但是，由于低能电子束穿透能力有限，一次只能固化一定厚度的复合材料，因此厚度比较大的复合材料一般通过分层固化方式把一次整体固化分成多次进行固化成型，这不可避免地引起层间粘接性能比较低；此外，因树脂基复合材料低能电子束固化方式具有常温快速固化的特点，材料中的树脂在固化过程中的粘度大而且流动性差，因此不能很好地与纤维表面粘接并且填充成型时产生的孔隙，进一步导致成型零件材料界面粘接性能差和层间强度低下；同时，根据时间-温度-转变原理，热固性树脂玻璃化温度取决于分子流动性，因此常温下通过低能电子束辐射固化的树脂由于玻璃化转变过快导致交联程度低下，进而导致玻璃化温度比较低。本发明提出一种树脂基复合材料微波与低能电子束协同固化方法，可以有效提高低能电子束原位固化制造方法所得复合材料构件使用性能，在复合材料制造领域使用范围比较广泛。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种树脂基复合材料微波与低能电子束协同固化方法，该方法通过利用微波高效的“体加热”效应使树脂基复合材料在短时间内迅速升温，促使纤维材料在高温条件下进行热膨胀，表面凹凸形貌特征变大；通过加热提高树脂分子的热运动降低其粘度，使树脂能够在低能电子束固化之前通过充分的流动更好地填充纤维表面凹凸面并进行粘接，有效降低孔隙率；此外，通过微波加热提高固化温度，进而提高树脂分子流动性，也能较好地解决低能电子束固化树脂玻璃化温度低等问题。该方法可以有效提高低能电子束固化方法所得复合材料构件使用性能，在复合材料制造领域使用范围比较广泛。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
一种树脂基复合材料微波与低能电子束协同固化方法，将树脂基复合材料通过微波加热装置进行加热；经预热的树脂基复合材料通过低能电子束固化装置在芯模上进行固化成型。
所述微波加热装置微波输出频率为2450±50MHz，复合材料的微波加热时间是2～60s。
所述低能电子束固化装置产生的低能电子束能量为150KeV～300KeV。
所述复合材料是树脂基碳纤维/玻璃纤维增强材料。
具体方案是：
首先将复合材料通过微波加热装置进行加热，使复合材料在短时间内迅速升温，促使纤维材料在高温条件下进行热膨胀，表面微观凹凸形貌变大；此外，通过加热提高树脂分子的热运动降低其粘度，使树脂能够通过充分的流动更好地与填充纤维表面空隙并进行粘接；此后再将该复合材料通过低能电子束固化装置在芯模进行固化成型。
所述微波加热装置微波输出频率为2450±50MHz，复合材料的微波加热时间是2～60s。
所述低能电子束固化装置产生的低能电子束能量为150KeV～300KeV。所述复合材料是树脂基碳纤维/玻璃纤维增强材料。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明利用树脂基复合材微波与低能电子束协调固化方法，能耗低、效率高、灵活性强，对提高复合材料界面粘接性能和层间强度有良好的效果。
2)本发明通过树脂基复合材微波与低能电子束协调固化方法，可以有效提高树脂基复合材料玻璃化转变温度。
附图说明
图1为本发明提出的树脂基复合材料微波与低能电子束协同固化方法示意图；
其中：1为树脂基复合材料；2为微波加热装置；3为输送辊；4低能电子束固化装置；5为芯模。
图2为纤维经过微波预热，其表面凹凸形貌变化示意图；
图3为纤维表面和树脂分子粘接情况示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参照图1、图2和图3，该种树脂基复合材料微波与低能电子束协同固化方法是这样实现的：首先将复合材料通过微波设备进行加热，使其上的树脂粘度降低并充分流动并填充孔隙；此后再将该复合材料通过低能电子束进行固化成型。
进一步，上述复合材料是树脂基碳纤维/玻璃纤维增强材料，微波设备微波输出频率为2450±50MHz，复合材料微波加热时间是2～60s使树脂材料能够充分流动，低能电子束能量为150KeV～300KeV。
具体做法是将树脂基复合材料通过微波加热装置进行加热2～60s左右；经预热的树脂基复合材料由输送辊输送至芯模表面，最终通过低能电子束固化装置进行固化完成最终成型。
综上所述，本发明利用微波高效的“体加热”效应使复合材料在短时间内迅速升温，促使纤维材料在高温条件下进行热膨胀，表面微观孔隙变大；此外，通过加热提高树脂分子的热运动降低其粘度，使树脂能够在低能电子束固化之前通过充分的流动更好地与填充纤维表面空隙并进行粘接；此外，这也能很好地解决低能电子束固化树脂玻璃化温度低等问题，可以有效提高低能电子束固化制造方法所得复合材料构件使用性能，在复合材料制造领域使用范围比较广泛。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (1)
1.一种树脂基复合材料微波与低能电子束协同固化方法，其特征在于：将树脂基复合材料通过微波加热装置进行加热；经预热的树脂基复合材料通过低能电子束固化装置固化成型；
所述微波加热装置微波输出频率为2450±50MHz，复合材料的微波加热时间是2～60s；
所述低能电子束固化装置产生的低能电子束能量为150KeV～300KeV；
所述复合材料是树脂基碳纤维/玻璃纤维增强材料。
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| 毛淑莉等."电子束固化技术及在复合材料制造领域的应用".《北京航空航天大学学报》.2000,第26卷(第6期), |
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