CN105690629A - 复合材料微波固化激励装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种复合材料微波固化激励装置及方法。所述装置截面为凸的奇数多边形，相邻面段的直线交线处具有一段向内凸起的弧面。辐射单元产生的微波通过弧面的反射分散，在装置内获得均匀的电磁场用于复合材料的固化成型。本发明可以解决复合材料微波固化技术中由于电磁场分布不均匀所导致的固化状态差异大，严重的变形翘曲、局部高温烧蚀等问题，进一步促进微波固化技术在航空航天领域的广泛应用。

Description

复合材料微波固化激励装置及方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料成型加工工艺技术与装备领域，尤其是一种复合材料微波固化技术，具体地说是一种复合材料微波固化激励装置及方法。

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、耐热、耐腐蚀、抗疲劳、减震性能好等优点，在航空领域应用日益广泛。但传统纤维增强树脂基复合材料热压罐固化工艺时间长、固化效率低、能源消耗大，是复合材料制造技术进一步发展的瓶颈。复合材料微波固化技术具有加热速度快、穿透深度大、能量利用率高、易于控制及节能环保等一系列独特优点，满足航空航天领域对高性能、低成本复合材料的制造需求，在航空大尺寸大厚度复合材料固化方面具有良好的应用前景。

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，使得材料温度升高而发生固化反应。但是微波固化技术在实际的应用中存在复合材料固化状态分布差异大，严重的变形翘曲、局部高温烧蚀现象等问题，阻碍其在工程上的广泛应用。产生这些问题的主要原因是微波激励的固化腔体内电磁场分布差异大，导致复合材料温度场分布不均匀。

发明内容

本发明的目的是针对目前微波固化成型装置存在电磁场分布差异大的问题，设计了一种电磁场分布均匀的复合材料微波固化激励装置。

本发明的技术方案之一是：

一种复合材料微波固化激励装置，它包括一个封闭腔体4和多个安装在封闭腔体4中的激励源1，2，所述的封闭腔体4截面为凸多边形，两个相邻面段的交线为直线，其特征是在任意一个相邻面段的直线交线处具有一段内凸弧面3，该弧面3长度与封闭腔体4的长度一致，弧面3与两个相邻面段相交，弧面3的横截线为椭圆线、抛物线或圆弧线的一段；所述封闭腔体4的内部面段与前后端面为具有规则或不规则的波浪起伏、弧面凹陷或弧面内凸的面段；截面的边长为所需要激励的微波频率的波长的整数倍，截面所有边的边长相等或不相等，但必须构成封闭截面；激励源1，2设置在除与弧面3相对的面段及放置被加热复合材料5的面段外的面段上。

所述的封闭腔体4的截面至少为三边形。

激励源1，2为辐射单元，辐射主方向角度任意。

所述的辐射主方向指向弧面的方向；辐射单元沿相邻面段的直线交线均匀排列；固定于面段或能按一定规律在指向内凸弧面的主辐射方向两侧一定夹角内往复摆动。

所述的封闭腔体4前后端面的距离为所需要激励的微波波长的1/2或波长的1/3的整数倍。

本发明的有益效果：

本发明通过在封闭腔体中设置具有反射作用的弧面段进行定向反射，使激励源（辐射单元）发明的微波均匀地反射到弧面段下方安装的复合材料上，解决了复合材料微波固化技术中由于电磁场分布不均匀所导致的固化状态差异大，严重的变形翘曲、局部高温烧蚀现象等问题，进一步促进微波固化技术在航空航天领域的广泛应用。

本发明提供的微波激励装置用于复合材料固化，具有加热速度快，能量利用率高，易于控制，节能环保等优点，尤其适用于复合材料的快速成型。

附图说明

图1是本发明的微波固化装置的截面示意图。

图中：1为辐射单元，2为辐射单元，3为弧面，4为腔体，5为复合材料，6为聚四氟乙烯方块，7为模具。

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。

实施例一。

如图1所示。

一种复合材料微波固化激励装置，它包括封闭腔体4和作为辐射单元的激励源1，2，封闭腔体4的截面为凸多边形，至少为三边形截面（图中为五边形），其内部面段和前后端面可以是平坦或不平坦的，且两个相邻面段的交线为直线。在任意一个相邻面段的直线交线处具有一段内凸弧面3，辐射单元产生的微波通过该内凸的弧面3的反射分散，在装置内获得均匀的电磁场用于复合材料的固化成型。该弧面3长度与腔体长度一致，弧面3与两个相邻面段相交且对称于此相邻面段的中心线，弧面3的横截线可为椭圆线、抛物线或圆弧线的一段。封闭腔体4的前后端面的距离为所需要激励的微波波长的1/2或波长的1/3的整数倍。截面的边长为所需要激励的微波频率的波长整数倍，截面所有边的边长可不相等，但必须构成封闭截面。本发明的激励源采用辐射单元1,2，辐射主方向指向弧面3，角度任意；与弧面3不相交的直边，除与弧面3相对的直边外，均可设置辐射单元1,2，辐射单元1,2沿相邻面段的直线交线均匀排列，且优选与直线交线较近的排列方式。辐射单元1,2排列方向可平行或不平行于所在的直线面段，且可按一定规律在指向内凸弧面3的主辐射方向两侧一定夹角内往复摆动。复合材料5在进行固化时将其放置于封闭腔体4内部，其重心最低点靠近一个直面段，其重心的相反方向上至少具有1个弧面3，复合材料5最高点不超过直面段相邻两边辐射单元1的高度。

实施例二。

如图1所示。

一种微波激励固化碳纤维增强环氧树脂基复合材的方法，它包括以下步骤：

1.采用无水乙醇清洗平板玻璃模具7表面，待模具7表面干净，间隔20min在模具表面涂脱模剂两次。

2.在模具表面手工对称铺24层300×300mm单向30T1500碳纤维环氧树脂预浸料平板制件。

3.将玻璃模具7和复合材料5一起放入图1所示的微波固化装置中央位置，复合材料5最高点不超过腔体4底部平面相邻面上辐射单元1的高度，其最低点靠近装置底部平面，且复合材料5重力方向与腔体4底部平面垂直。玻璃模具7采用四个聚四氟乙烯方块6支撑，模具7距离微波固化装置底部平面10cm,使得微波可以同时从复合材料5上下表面穿透迅速加热固化制件。

4.闭合微波固化装置的前后端面，打开2.45GHz微波辐射单元1和2，设定辐射单元1功率200W，辐射单元2功率120W（具体实施时辐射单元1、2的功率也可相等）。复合材料5在这两组功率下进行加热固化120min后关闭微波辐射单元1,2，等待复合材料5温度降至室温。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种复合材料微波固化激励装置，其特征在于：所述装置具有封闭腔体，截面为凸多边形，至少为三边形截面，两个相邻面段的交线为直线；在任意一个相邻面段的直线交线处具有一段内凸弧面，该弧面长度与腔体长度一致，弧面与两个相邻面段相交，弧面的横截线可为椭圆线、抛物线或圆弧线的一段；所述装置的内部面段与前后端面可为具有规则或不规则的波浪起伏、弧面凹陷或弧面内凸的面段；装置截面的边长为所需要激励的微波频率的波长整数倍，装置截面所有边的边长可不相等，但必须构成封闭截面。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的封闭腔体的截面至少为三边形。

3.根据权利要求1所述的复合材料微波固化激励装置，其特征是激励源为辐射单元，辐射主方向角度任意。

4.根据权利要求3所述的复合材料微波固化激励装置，其特征是所述的辐射主方向指向弧面的方向；辐射单元沿相邻面段的直线交线均匀排列；固定于面段或能按一定规律在指向内凸弧面的主辐射方向两侧一定夹角内往复摆动。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的封闭腔体前后端面的距离为所需要激励的微波波长的1/2或波长的1/3的整数倍。