CN104494027A - 碳纤维复合材料制件的双真空袋微波固化方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳纤维复合材料制件的双真空袋微波固化方法，其特征它采用双真空袋封闭加压碳纤维复合材料制件，解决碳纤维复合材料制件采用单真空袋微波固化时存在的碳纤维放电击穿问题。采用双真空袋封装碳纤维复合材料可以提高制件的真空度，不仅能有效抑制碳纤维放电击穿而且可以在一定程度上提高对材料的压实度。此外，通过在两层真空袋之间增设一层耐高温柔性材料可以有效抑制碳纤维放电烧穿真空袋，保证碳纤维复合材料制件始终处于恒定的真空环境中，从而解决碳纤维复合材料制件在微波固化过程中的碳纤维放电击穿问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料固化成型方法，尤其是一种碳纤维复合材料的快速固化成型方法，具体地说是一种利用双真空袋和耐高温柔性材料的微波加热固化成型方法。
背景技术
碳纤维复合材料具有高比强度、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、阻尼减震性好、性能可设计等一系列优越的性能，得到广泛应用。目前，碳纤维复合材料主要采用热压罐固化成型。但热压罐成型技术存在一系列的问题：热压罐通过热对流和热传导来加热固化碳纤维复合材料，效率低，时间长，温度控制具有滞后，制件温度均匀性差，易产生残余应力和变形，且难以固化大尺寸复杂复合材料制件。
微波加热固化技术是以低频电磁波穿透碳纤维复合材料，将微波能转变为热能，不仅可以对碳纤维复合材料进行里外均匀加热，而且加热固化时间短，效率高，温度易于控制，适于成型大尺寸复杂复合材料制件。但采用微波加热固化碳纤维复合材料时，由于裸露的碳纤维放电经常会产生材料放电击穿现象。碳纤维放电不仅会烧坏复合材料和微波加热固化设备，而且十分危险。
针对碳纤维复合材料采用微波固化时的碳纤维放电现象，本发明提出一种采用双真空袋封闭加压碳纤维复合材料制件的微波固化技术。双真空袋封闭加压即采用两层真空袋（内部真空袋和外部真空袋）封装待固化的碳纤维复合材料。双真空袋封闭加压可以提高碳纤维复合材料制件的真空度，不仅能有效抑制碳纤维放电而且可以在一定程度上提高对碳纤维复合材料制件的压实度。此外，通过在两层真空袋（内部真空袋和外部真空袋）之间增设一层耐高温柔性材料可以有效抑制火星烧穿外部真空袋，保证碳纤维复合材料制件始终处于恒定的真空环境中，不仅解决了碳纤维复合材料制件在微波固化过程中的碳纤维放电问题，而且在一定程度上提高了碳纤维复合材料制件的成型质量。
发明内容
本发明的目的是针对采用微波加热固化碳纤维复合材料时易产生放电的问题，发明一种使用双真空袋和耐高温柔性材料对的碳纤维复合材料进行微波加热固化的方法，以解决碳纤维复合材料制件采用微波固化时的碳纤维放电问题，并能在一等程度上提高碳纤维复合材料制件的成型质量。
本发明的技术方案是：
一种碳纤维复合材料制件的双真空袋微波固化方法，其特征在于：它采用两层真空袋封闭加压待固化的碳纤维复合材料制件，并在两层真空袋之间增设一层耐高温的柔性材料，然后将封装好的碳纤维复合材料制件放入微波加热固化设备进行加热固化。
双真空袋封闭加压部分是在待固化的碳纤维复合材料制件上封装两层真空袋：内部真空袋和外部真空袋，两层真空袋相互无联通，在内部真空袋及内部真空袋与外部真空袋之间形成真空区域，压实待固化的碳纤维复合材料制件。
为避免采用微波固化碳纤维复合材料制件时碳纤维放电烧穿内层真空袋，在两层真空袋之间增设一层耐高温柔性材料；考虑到微波固化的要求，该耐高温柔性材料选用不明显反射微波且透波性好的材料，材料厚度在0.1至10mm之间。
所述碳纤维复合材料制件的温度开始持续升高时，内部真空袋和外部真空袋同时开始抽真空，并保持此状态到预期制定的固化温度，在所述固化温度下充分维持一段时间后，降低碳纤维复合材料制件的温度；当制件温度降至常温附近时，同时释放内部真空袋和外部真空袋真空；所述双真空系统在固化过程中内部真空袋和外部真空袋的抽真空速率和时机均分别可控。
本发明的有益效果是：
本发明采用双真空袋封闭加压碳纤维复合材料可以提高制件的真空度，不仅能有效抑制碳纤维放电而且可以在一定程度上提高对材料的压实度，使碳纤维复合材料制件具有较好的成型质量。
本发明通过在内部真空袋和外部真空袋之间增设一层耐高温柔性材料可以有效抑制火星烧穿外部真空袋，保证碳纤维复合材料制件始终处于恒定的真空环境中，彻底解决了碳纤维复合材料制件在微波固化过程中的碳纤维放电击穿问题。
本发明基于微波加热固化技术，相比于传统的热压罐成型工艺和模具加热固化成型工艺，微波加热固化时间短，能耗低，温度均匀，易于控制，适于成型大尺寸复杂碳纤维复合材料制件。
附图说明
图1是本发明的碳纤维复合材料双真空袋系统铺层示意图。
图中：1为模具，2为脱模剂，3为碳纤维复合材料预浸料，4为脱模布，5为带孔隔离膜，6为透气毡，7为内部真空袋，8为耐高温柔性材料，9为外部真空袋。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，本发明不限于该实施例。
如图1所示。
一种碳纤维复合材料制件的双真空袋微波固化方法，它采用两层真空袋7和9封闭加压待固化的碳纤维复合材料制件3，并在两层真空袋之间增设一层耐高温的柔性材料8（如硅酸铝材料），然后将封装好的碳纤维复合材料制件放入微波加热固化设备进行加热固化。
双真空袋封闭加压部分是在待固化的碳纤维复合材料制件3上封装两层真空袋：内部真空袋7和外部真空袋9，并将两层真空袋与外部真空系统连接，从而在未固化的碳纤维复合材料3与内部真空袋7及内部真空袋7与外部真空袋9之间形成真空区域，压实待固化的碳纤维复合材料制件3。内部真空袋7和外部真空袋9封装后，分别静置30分钟，不漏气即可满足要求。为避免采用微波固化碳纤维复合材料制件3时碳纤维放电烧穿真空袋7,9，在两层真空袋7,9之间增设一层耐高温柔性材料8。考虑到微波固化的要求，该耐高温柔性材料8需选择不明显反射微波且透波性好的材料，如硅酸铝材料。
所述碳纤维复合材料制件3的温度开始持续升高时，内部真空袋7和外部真空袋9同时开始抽真空，并保持此状态到预期制定的固化温度，在所述固化温度下充分维持一段时间后，降低碳纤维复合材料制件3的温度。当制件温度降至常温附近时，同时释放内部真空袋7和外部真空袋9真空。所述双真空系统在固化过程中抽真空速率和时机可控。
碳纤维复合材料双真空袋工艺的具体布置过程是将未固化的碳纤维复合材料预浸料3铺叠在涂刷了脱模剂2的光滑模具1表面，在碳纤维复合材料制件边缘粘贴导电胶带，然后在碳纤维复合材料表面按顺序铺设脱模布4、带孔隔离膜5、透气毡6、内部真空袋7、硅酸铝材料8、外部真空袋9。两层真空袋沿预浸料周围均用高温胶带密封，并在边缘处安放透波真空管。
碳纤维复合材料制件3的温度开始持续升高时，内部真空袋7和外部真空袋9同时开始抽真空，并保持此状态到预期制定的固化温度，在所述固化温度下充分维持一段时间后，降低碳纤维复合材料制件3的温度。当制件温度降至常温附近时，同时释放内部真空袋7和外部真空袋9真空。所述双真空系统在固化过程中抽真空速率和时机可控。
微波加热固化时将封装好的碳纤维复合材料制件3放入微波加热固化设备的谐振腔中，使碳纤维复合材料制件3在谐振腔内均匀电磁场的作用下得到加热固化。在固化工艺开始时，内部真空袋7和外部真空袋9同时按真空工艺抽真空，压实待固化的碳纤维复合材料制件3。随着制件温度升高，碳纤维复合材料的固化反应开始进行。温度监测系统实时测量固化过程中碳纤维复合材料制件3的温度，并将测量的温度反馈到设备的控制系统，与预先设定的温度工艺曲线进行比对，实时调整微波功率，实现高精度的温度控制。保持此状态直至碳纤维复合材料制件3固化完成。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (4)
1.一种碳纤维复合材料制件的双真空袋微波固化方法，其特征在于：它采用两层真空袋封闭加压待固化的碳纤维复合材料制件，并在两层真空袋之间增设一层耐高温的柔性材料，然后将封装好的碳纤维复合材料制件放入微波加热固化设备进行加热固化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：双真空袋封闭加压部分是在待固化的碳纤维复合材料制件上封装两层真空袋：内部真空袋和外部真空袋，两层真空袋相互无联通，在内部真空袋及内部真空袋与外部真空袋之间形成真空区域，压实待固化的碳纤维复合材料制件。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：为避免采用微波固化碳纤维复合材料制件时碳纤维放电烧穿内层真空袋，在两层真空袋之间增设一层耐高温柔性材料；考虑到微波固化的要求，该耐高温柔性材料选用不明显反射微波且透波性好的材料，材料厚度在0.1至10mm之间。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碳纤维复合材料制件的温度开始持续升高时，内部真空袋和外部真空袋同时开始抽真空，并保持此状态到预期制定的固化温度，在所述固化温度下充分维持一段时间后，降低碳纤维复合材料制件的温度；当制件温度降至常温附近时，同时释放内部真空袋和外部真空袋真空；所述双真空系统在固化过程中内部真空袋和外部真空袋的抽真空速率和时机均分别可控。
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