CN105729827A - 一种微波固化复合材料的机械加压方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微波固化复合材料的机械加压方法，采用机械加压装置装夹零件；在室温下向橡胶囊内充气，至压力为0至0.1MPa；在微波装置中加热升温至最高温度后，橡胶囊内气体加热膨胀，保持压力；保温时间结束后，橡胶囊随温度降低自然泄压；零件自然冷却到室温。本发明的机械加压装置，夹板布置于上、下表面，零件放置于于模具中，模具放置于于真空袋系统中，橡皮囊放置于真空袋系统中的模具上，夹板四周设置有螺栓。通过夹板压紧模具或对橡胶囊加压来压实未固化的复合材料制件，并将制件放入微波固化炉中加热固化。本发明可以快速均匀的加热固化复合材料并对材料进行有效的压实，从而取得复合材料良好的成型后力学性能，成本低。

Description

一种微波固化复合材料的机械加压方法和装置

技术领域

本发明涉及复合材料制件的固化成型工艺方法，并且更具体地涉及采用微波和压力共同作用固化复合材料的工艺方法和装置。

背景技术

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。复合材料热压罐成型方法是一种主要的成型工艺。但热压罐成型技术存在的问题是：热压罐通过热对流和热传导来加热固化复合材料制件，效率低，时间长，温度控制具有滞后性，使得热压罐固化时间长、能耗高及资源利用率低。并且，制件的温度均匀性差，会导致制件产生残余应力和变形。

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。微波加热固化时间短、温度易于控制、能耗低，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都是采用真空袋压实制件。由于真空袋系统在整个固化过程中提供0.1MPa的压力压实制件，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。

对该问题的一个直接的解决办法是采用一种可对复合材料在微波加热条件下对材料施加压力的设备或装置。但是，在微波加热固化设备中的加压问题是一个难点，因为传统的加压设备及其辅助设施多数是金属制成的，它们在微波条件下因其高反射率而不适用，甚至可能引发危险。本发明提出使用对微波有高透射率的材料制成的压板和模具，或者使用橡胶囊这种可在微波条件下适用的机械加压装置对复合材料施加压力，从而解决了在微波条件下加压的问题。

本发明提出一种微波固化复合材料的机械加压方法和装置，可以快速成型固化复合材料制件，并提供成型过程中的压实力，并可以取得良好的成型后力学性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种微波固化复合材料的机械加压方法和装置，可以快速成型固化复合材料制件，并提供成型过程中的压实力，并可以取得良好的成型后力学性能。

一种微波固化复合材料的机械加压装置，包括夹板、橡皮囊、真空袋系统和模具，夹板布置于上、下表面，零件放置于于模具中，模具放置于于真空袋系统中，橡皮囊放置于真空袋系统中的模具上，夹板四周设置有螺栓。

所述夹板表面设置有凹槽，凹槽中安装有压力传感器。

一种微波固化复合材料的机械加压方法，步骤为：采用本发明的机械加压装置装夹零件；在室温下向橡胶囊内充气，充至压力为0至0.1MPa；在微波加热装置中加热升温至最高温度后，橡胶囊内气体加热膨胀，保持压力；保温时间结束后，橡胶囊(8)随温度降低自然泄压；零件自然冷却到室温。

当复合材料的温度开始持续升高时，真空袋系统以10KPa/min速率抽真空到0.1Mpa。

保温时间结束后，真空袋系统以10KPa/min速率泄压。

本发明的有益效果是：

1.该装置基于微波固化复合材料工艺技术需求，相比于传统热压罐固化加压方法，效率显著提升、成本明显降低。

2.该机械加压方法通过表面具有压力传感器的高微波透射性夹板与变厚度橡胶囊装置提供复合材料微波固化过程中所需的压力，能保证复合材料获得较好的成型后力学性能。

附图说明

图1加压装置与真空袋系统封装复合材料的示意图

包括：温度传感器(1)，夹板(2)，螺栓(3)，压力传感器(4)，预浸料(5)，橡皮囊(6)，真空袋系统(7)，限位板(8)，模具(9)，真空管(10)。

图2加压装置与真空袋系统封装复合材料的侧面示意图

包括：夹板(2)，螺栓(3)，预浸料(5)，橡皮囊(6)，真空袋系统(7)，模具(9)，真空管(10)。

图3微波加热固化炉示意图

包括：真空泵(11)，微波炉体(12)，真空管(13)，温度传感器(1)，抽真空接头(14)，压力传感器(4)，模具(9)，控制装置(15)。

具体实施方式

以下结合附图和实例来说明本发明的具体实施方法，本发明不限于该实施例。

结合附图1，附图2与附图3说明复合材料机械加压方法与装置。

本发明采用夹板与橡胶囊相结合的机械加压方法，提供复合材料微波固化时所需的压力。使用真空袋系统(7)将放置在模具9表面的复合材料预浸料5进行封袋处理，在已封袋处理的零件表面放置橡胶囊6，将夹板2置于橡胶囊6上，并通过夹板2将橡胶囊6与模具9压紧。通过限位板8，对夹板2和模具9的相对位置进行固定。

通过高微波透射性材料制成的夹板2压紧橡胶囊6与模具9的方法，可提供0.1至2MPa压力，所述的微波透射性材料制成的夹板2通过螺栓3压紧在模具9的四周，通过螺栓3提供夹紧力，夹板表面具有与压力传感器相配合的一个或多个凹槽，用于埋放一个或多个在微波条件下可用的压力传感器4。夹板材料可使用有机玻璃、玻璃纤维复合材料等。

橡胶囊6放置于夹板与零件之间，具有保证受力均匀、传力顺畅的变厚度结构，与压板接触并直接受力的边缘部分较厚，中央较薄边缘最大厚度的1/3。

橡胶囊6是具有封闭结构的可膨胀结构，其加压方式为在室温下向橡胶囊内充气，充至一定气量，保证螺栓锁紧后，压力传感器4读数为0至0.1MPa，后停止，并关闭阀门。在复合材料固化加热过程中，压力传感器4将实际压力反馈至控制装置15，控制装置15根据理论固化压力通过控制气阀进、放气实现固化压力实时调节，其中加压气体为易膨胀惰性气体。

所述真空袋系统7可提供至少0.1MPa真空压力。微波发生装置发生的微波能够使得复合材料预浸料5加热后温度升高到固化需要温度。

使用微波加热所述未固化的复合材料预浸料体系ZT7H/QY9611，使用真空袋系统7将长与宽分别为400mm和300mm复合材料封装在钢化玻璃模具9表面，在真空袋系统7外部防止变厚度橡胶囊6，橡胶囊直径450mm，边缘厚度为6mm，中央厚度为2mm。其中，橡胶囊6是具有封闭结构的可膨胀结构，初始室温充气量为1500ml，保证螺栓锁紧后，压力传感器4读数为0至0.1MPa，后停止，并关闭阀门。固化过程中，通过控制装置15对气阀进、放气的控制可实现压力实时调节，满足预浸料ZT7H/QY9611最大固化压力0.6MPa，本实施例选择二氧化碳为加压气体。真空袋系统7可提供至少0.1MPa真空压力。

将夹板、模具与复合材料一同放入微波固化炉中加热固化，控制系统实时测量固化过程中构件的温度，以供监测和调整装置的工作状态。通过温度传感器18测量的温度反馈到设备的控制装置15，与工艺温度曲线比对，实时调整微波加热温度，实现高精度的温度控制。经过一段时间的加热和保温，复合材料固化成型。

当复合材料构件5的温度在微波加热下开始持续升高时，真空袋系统7通过真空泵11以10KPa/min速率抽真空到0.1Mpa。在复合材料固化加热过程中，压力传感器4将实际压力反馈至控制装置15，控制装置15根据理论固化压力通过控制气阀进、放气实现固化压力实时调节，加压到0.6Mpa，保持此状态到预期制定的固化温度保温段结束为止此实施例选择200℃。温度曲线中保温段结束后，橡胶囊6随温度降低自然泄压，真空袋系统7以10KPa/min速率泄压，复合材料构件5自然冷却到室温。

以上仅是本发明具体应用范例，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。

Claims (9)

1.一种微波固化复合材料的机械加压装置，其特征在于：包括夹板、橡皮囊和模具，夹板布置于上、下表面，零件放置于于模具中，模具放置于于真空袋系统中，橡皮囊放置于真空袋系统中的模具上，夹板四周设置有螺栓。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述夹板表面设置有凹槽，凹槽中安装有压力传感器。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述夹板材料为高微波透射性材料。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的橡胶囊为变厚度结构，其边缘部分较厚，中央部分约为边缘最大厚度的1/3。

5.一种微波固化复合材料的机械加压方法，其特征在于，步骤为：

采用权利要求1至3之一所述的一种微波固化复合材料的机械加压装置装夹零件；

在室温下向橡胶囊内充气，充至压力为0至0.1MPa，

在微波加热装置中加热升温至最高温度后，橡胶囊内气体加热膨胀，保持压力；

保温时间结束后，橡胶囊随温度降低自然泄压；

零件自然冷却到室温。

6.如权利要求5所述的一种微波固化复合材料的机械加压方法，其特征在于，当复合材料的温度开始持续升高时，以10KPa/min速率抽真空到0.1Mpa。

7.如权利要求5所述的一种微波固化复合材料的机械加压方法，其特征在于，保温时间结束后，真空袋以10KPa/min速率泄压。

8.如权利要求5所述的一种微波固化复合材料的机械加压方法，其特征在于，所述橡皮囊中的气体为易膨胀惰性气体。

9.如权利要求5所述的一种微波固化复合材料的机械加压方法，其特征在于，所述易膨胀惰性气体为二氧化碳。