CN103056964B - 一种用工业微波炉固化炭/炭复合材料坯体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用工业微波炉固化炭/炭复合材料坯体的方法，将含树脂的炭/炭复合材料的坯体或带有定成型坯体模具的坯体放入工业微波炉中，在空气气氛或惰性气体保护下加热，加热温度为80℃～100℃，加热时间为55～65min，温升控制在1℃～1.5℃/min，80～90℃保温60min～130min，再置于空气中自然冷却至室温，即成。本发明具有以下优点：（1）工艺简单、易控，可靠性高，自动化程度高，运行维护费用低，生产成本低；（2）固化时间短，生产周期短，省时50%～75%，生产效率高，设备使用率高；（3）固化温度低，能耗低，节省电耗40%～80%；（4）产品一致性好，品质稳定，且适合大规模生产。

Description

一种用工业微波炉固化炭/炭复合材料坯体的方法
技术领域
本发明涉及一种炭/炭复合材料坯体固化的方法，尤其是涉及一种用工业微波炉固化炭/炭复合材料坯体的方法。
背景技术
目前，炭/炭复合材料坯体的固化，均是采用电加热式热风炉进行，间歇式生产，存在设备占地面积大，固化温度高，生产周期长，劳动效率低，电能的有效利用率低等缺陷。而且，由于炭/炭复合材料坯体的固化是靠加热温度梯度形成的热传导实现的，使用电加热式热风炉加热，存在坯体受热不均，工艺控制不精确，从而导致产品一致性差，质量不稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种固化温度低，固化时间短，能耗低，生产工艺简单易控，生产成本低，产品一致性好且质量稳定，适合大规模生产的固化炭/炭复合材料坯体的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种用工业微波炉固化炭/炭复合材料坯体的方法，包括以下步骤：
（1）坯体制作：根据需求选用模具，制作炭/炭复合材料的坯体；
（2）装炉：将步骤（1）制作好的炭/炭复合材料坯体或带有定成型坯体模具的坯体放置于工业微波炉炉膛中的转盘上或往复运动盘上，炉膛内充满空气气氛或惰性气体；
（3）加热温度控制：启动工业微波炉工作，温升速度控制在1℃～1.5℃/min，加热监控温度为80℃～100℃（优选90℃）；
（4）保温控制：控制炉内温度80℃-90℃（优选85℃），保温60min～130min（优选120min），使所述坯体完全干燥固化；
（5）冷却：将已干燥固化的胚体置于空气中自然冷却至室温；
（6）脱模：将带有定成型坯体模具的坯体与模具分离。
所述制作炭/炭复合材料坯体的原材料为炭毡或炭布或三维针刺毡或准三维针刺毡。
所述制作炭/炭复合材料坯体的粘结剂为呋喃树脂或聚乙烯醇或酚醛树脂或环氧树脂。
所述工业微波炉为间歇式工业微波炉或连续式工业微波炉，且微波频率值为915MHz或2.45GHz。
所述惰性气体为N2或CO2或氩气，或其中两种的混合气。
微波加热具有直接整体加热的特性和非热效应。研究表明，采用微波加热工艺固化炭/炭复合材料坯体，能够降低反应温度，快速使坯体的内部和外部同时加热，避免了常规加热条件下的热传导过程中形成的相对冷区域，从而使加热的坯体受热彻底且均匀，生成单一均匀的物相。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）生产工艺简单、易控，可靠性高，自动化程度高，运行维护费用低，生产成本低；（2）固化时间短，生产周期短，省时50%～75%，生产效率高，设备使用率高；（3）固化温度低，能耗低，节省电耗40%～80%；（4）产品在炉中转动或往复运动，使产品受热均匀，产品一致性好，品质稳定，且适合大规模生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
固化出一个外径￠864mm，内径￠740mm，高300mm炭/炭复合材料的保温筒，其固化方法如下：
（1）坯体制作：根据需求选用外径￠740mm，高500mm的钢模具，制作好炭/炭复合材料的坯体，并将胚体外层用玻璃丝带包裹固定；
（2）装炉：将步骤（1）准备好的带有定成型坯体模具的坯体一起放置于炉内充满空气气氛、微波频率值为915MHz的间歇式工业微波炉内的转盘上，在炉中以5rpm的速度旋转；
（3）加热温度控制：开启工业微波炉，使其加热功率为12KW，温升速度控制在1℃～1.5℃/min，加热监控温度为90℃；
（4）保温控制：工业微波炉内85℃保温120min，使工业微波炉内的坯体完全干燥固化；
（5）出炉，空气中自然冷却：关闭微波炉，将步骤（5）保温控制已经完全干燥固化的胚体出炉，并使其自然冷却至室温；
（6）脱模：将步骤（6）冷却的胚体与模具分离，测量得胚体尺寸内径￠740mm，外径￠864mm，高300mm，密度，且胚体内径上中下测量尺寸一致，外径上中下测量尺寸也一致。
现有热风炉固化上述炭/炭复合材料保温筒所需加热功率为54KW，固化时间为11h，内、外径尺寸公差±3mm，固化温度为260℃；而本实施例所需加热功率12KW，固化时间为3h，内、外径尺寸偏差0～1mm，固化温度为90℃。
实施例2
固化出一块900×900×80（厚）mm，炭/炭复合材料的保温板，其固化方法步骤如下：
（1）坯体制作：根据需求选用1000×1000×20（厚）mm大理石模具2块，制作好炭/炭复合材料的坯体，并用C型扣将两块模具和胚体固定；
（2）装炉：将步骤（1）制作好的带有定成型坯体模具的坯体一起放置于炉内充满N2、频率值为2.45GHz的连续式工业微波炉中，且在炉中以0.05m/s的速度在400mm范围内往复运动；
（3）加热温度控制：启动工业微波炉，使其加热功率为4KW，温升速度控制在1℃～1.5℃/min，加热监控温度为80℃；
（4）保温控制：工业微波炉内80℃保温120min，使工业微波炉内的坯体完全干燥固化；
（5）出炉，自然冷却：关闭微波炉，将已经完全干燥固化的胚体出炉，使其自然冷却至室温；
（6）脱模：将冷却的胚体与模具分离，测量得胚体尺寸900×900×80（厚）mm，密度0.25g/cm，产品的平面度1mm。
现有热风炉固化上述炭/炭复合材料的保温板所需加热功率为45KW，固化时间为10h，产品翘曲变形，平面度6mm，固化温度为250℃；本实施例所需加热功率4KW，固化时间为2.5h，产品平面度1mm，固化温度为80℃。

Claims (5)

1.一种用工业微波炉固化炭/炭复合材料坯体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）坯体制作：根据需求选用模具，制作炭/炭复合材料的坯体；
（2）装炉：将步骤（1）制作好的炭/炭复合材料坯体或带有定成型坯体模具的坯体放置于工业微波炉炉膛中的转盘上或往复运动盘上，炉膛内充满空气气氛或惰性气体；
（3）加热温度控制：启动工业微波炉工作，温升速度控制在1℃～1.5℃/min，加热监控温度为80℃～90℃；
（4）保温控制：控制炉内温度80～85℃，保温120min，使所述坯体完全干燥固化；
（5）冷却：将已干燥固化的胚体置于空气中自然冷却至室温；
（6）脱模：将带有定成型坯体模具的坯体与模具分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制作炭/炭复合材料坯体的原材料为炭毡或炭布或三维针刺毡或准三维针刺毡。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制作炭/炭复合材料坯体的粘结剂为呋喃树脂或聚乙烯醇或酚醛树脂或环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工业微波炉为间歇式工业微波炉或连续式工业微波炉且微波频率值为915MHz或2.45GHz。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气体为N2或CO2或氩气。
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