CN117382225A - 一种热压罐固化度动态控制方法和装置 - Google Patents
一种热压罐固化度动态控制方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117382225A CN117382225A CN202311234537.XA CN202311234537A CN117382225A CN 117382225 A CN117382225 A CN 117382225A CN 202311234537 A CN202311234537 A CN 202311234537A CN 117382225 A CN117382225 A CN 117382225A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- autoclave
- curing
- degree
- curing degree
- dynamic control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 49
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 19
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 5
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 13
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C37/00—Component parts, details, accessories or auxiliary operations, not covered by group B29C33/00 or B29C35/00
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C37/00—Component parts, details, accessories or auxiliary operations, not covered by group B29C33/00 or B29C35/00
- B29C2037/90—Measuring, controlling or regulating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
Abstract
本发明提供一种热压罐固化度动态控制方法和装置，该方法包括：获取预设时间段内复合材料各部位处传感器检测到的复合材料温度T；根据预设时间段内的各部位处的复合材料温度T，采用公式和确定各部位的固化度；在各部位的固化度不一致时，对热压罐进行局部控温实现热压罐固化度动态控制。操作更简单，固化工艺设置更灵活，弥补了现有技术无法考虑复合材料制品固化发热对产品温度一致性的影响。将复材产品固化完成度在上位机进行实时可视化显示，并可预测显示产品不同部位的固化度达到100％的时间。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料生产装备技术领域，尤其涉及一种热压罐固化度动态控制方法和装置。
背景技术
热压罐固化工艺的选择设置和温度、压力的精准自动控制是体现热压罐设备性能的主要因素，该工艺过程主要包括：压力升降控制、加热阶段、保温阶段、冷却阶段。
常规热压罐在使用过程中，通常只考虑产品温度的一致性，产品固化度未参与到热压罐设备控制中，这是因为现有热压罐无法判断复材产品在固化时不同部位是否同时达到相同固化度要求。
热压罐无法考虑复合材料在固化过程中因化学反应自身发热引起的温度变化，对复材制品的温度控制存在盲区，控温只能后置环节调整，无法实现温度与压力实时提前预判与动态自动调整功能。
应用热压罐进行固化过程时保障复材产品各部位固化度的一致性，有利于提高复材产品固化后性能的一致性。同时，复合材料在固化过程中因化学反应自身会发热，这使热压罐设备控温的难度进一步提高，必须将设备控制方法与固化度相联系，才能实现应用固化度对热压罐进行动态控制，需要设备能灵活拓展更多的控温手段，并与主控制系统相融合。
发明内容
本发明提出一种热压罐固化度动态控制方法和装置，通过构建基于热压罐的温度、流速、压力控制与产品固化度的关联式，开发高性能固化控制系统，结合三维可视化技术建立热压罐可视化智能管控平台。
本发明第一方面提供一种热压罐固化度动态控制方法，应用于热压罐中，所述热压罐中设置有至少一个传感器，所述方法包括：
获取预设时间段内复合材料各部位处传感器检测到的复合材料温度T；
根据预设时间段内的各部位处的复合材料温度T，采用公式和确定各部位的固化度；
在各部位的固化度不一致时，对热压罐进行局部控温实现热压罐固化度动态控制；
其中，Hr为树脂固化反应放热量、α为固化度参数，T为复合材料温度，ρ为产品密度、C为产品比热，τ为时间、a为产品热扩散系数，为拉普拉斯算符，m和n为反应级数，Ai为前项系数，Ei为反应活化能，R为普适气体常数。
可选的，所述方法还包括：
将各部位的固化度在上位机的实时监测与分析模块中进行实时可视化显示，并显示复合材料产品不同部位的固化度达到100％的时间，可视化显示固化度的均匀性。
可选的，所述热压罐包括：模具、辅助加热单元；
辅助加热单元延热压罐长度方向或气流流动方向，分区布置，通过上位机或可编程控制器下达的加热器工作指令完成加热工序；
辅助加热单元，可以采用电加热，也可以通过管路采用油、水、气介质进行加热或制冷，或多种组合混合使用；
每个辅助加热单元可以独立工作，也可以组合使用；
辅助加热单元可以独立设置使用，通过先加热气流再加热复材产品；或同模具结合为一体式结构，通过热传导直接加热模具。
可选的，在各部位的固化度不一致时，对热压罐进行局部控温实现热压罐固化度动态控制，包括：
在各部位的固化度中确定最大固化度；
对于固化度低于最大固化度的部位，控制该部位处的热压罐内循环气流传热及辅助加热单元加热温度实现热压罐固化度动态控制。
本发明第二方面提供一种热压罐固化度动态控制装置，应用于热压罐中，所述热压罐中设置有至少一个传感器，所述装置包括：
温度获取模块，用于获取预设时间段内复合材料各部位处传感器检测到的复合材料温度T；
固化度获取模块，用于根据预设时间段内的各部位处的复合材料温度T，采用公式和/>确定各部位的固化度；
动态控制模块，用于在各部位的固化度不一致时，对热压罐进行局部控温实现热压罐固化度动态控制；
其中，Hr为树脂固化反应放热量、α为固化度参数，T为复合材料温度，ρ为产品密度、C为产品比热，τ为时间、a为产品热扩散系数，▽2为拉普拉斯算符，m和n为反应级数，Ai为前项系数，Ei为反应活化能，R为普适气体常数。
可选的，所述装置还包括：
显示模块，用于将各部位的固化度在上位机的实时监测与分析模块中进行实时可视化显示，并显示复合材料产品不同部位的固化度达到100％的时间，可视化显示固化度的均匀性。
可选的，所述热压罐包括：模具、辅助加热单元；
辅助加热单元延热压罐长度方向或气流流动方向，分区布置，通过上位机或可编程控制器下达的加热器工作指令完成加热工序；
辅助加热单元，可以采用电加热，也可以通过管路采用油、水、气介质进行加热或制冷，或多种组合混合使用；
每个辅助加热单元可以独立工作，也可以组合使用；
辅助加热单元可以独立设置使用，通过先加热气流再加热复材产品；或同模具结合为一体式结构，通过热传导直接加热模具。
可选的，动态控制模块，具体用于：
在各部位的固化度中确定最大固化度；
对于固化度低于最大固化度的部位，控制该部位处的热压罐内循环气流传热及辅助加热单元加热温度实现热压罐固化度动态控制。
本发明提供一种热压罐固化度动态控制方法，与现有技术相比，操作更简单，固化工艺设置更灵活，弥补了现有技术无法考虑复合材料制品固化发热对产品温度一致性的影响。将复材产品固化完成度在上位机进行实时可视化显示，并可预测显示产品不同部位的固化度达到100％的时间。
附图说明
图1为本发明的热压罐硬件设备示意图；
附图标记说明：
1、热压罐罐体；2、主加热器；3、风机；4、冷却器；5、复合材料制品；6、模具；7、辅助加热单元；8、罐门。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明提供的热压罐固化度动态控制方法做进一步进行详细说明。
结合附图1，本发明具体实施例说明如下。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明提供的热压罐固化度动态控制方法，包括：
建立热压罐内产品温度控制与固化度关联控制式，将固化发热量加入产品温度控制式中；
式中：产品温度T、产品密度ρ、产品比热C，时间τ、产品热扩散系数a，▽2拉普拉斯算符、树脂固化反应放热量Hr、α是固化度，表示树脂固化反应完成程度。
通过差式扫描量热仪(DSC)实验确定树脂的固化动力学方程的参数，方程如下式所示：
式中：m和n为反应级数，K1和K2为控制Arrhenius方程的反应速率常数，并通过下式表示：
式中：Ai为前项系数，Ei为反应活化能，R为普适气体常数。
综上所述，产品温度T通过放置于产品不同位置的温度传感器进行测量，产品的温度通过热压罐内循环气流传热及辅助加热单元进行控制。通过计算公式1和公式2可以得到任意时刻的产品温度分布和固化度分布。通过对固化度均匀程度设定的要求，可以通过提高产品局部温度的控制方法，加快产品局部固化进程，达到均匀固化的要求。
根据复合材料产品固化度计算方程公式2，计算固化完成度比例，并将固化完成度在上位机的实时监测与分析模块中进行实时可视化显示，并可显示复合材料产品不同部位的固化度达到100％的时间，可视化显示固化度的均匀性。根据固化工艺设定的设备控制要求，实时计算产品在全过程中的温度与固化度变化曲线，预判固化完成的时间。通过计算可以得到产品在固化过程中任意时刻的温度与固化度状态。
本发明优势是拓展了常规热压罐控制功能，可用于多风机、多加热器分区控制的热压罐。
图1为本发明实施例提供的一种热压罐硬件设备示意图，包含：热压罐罐体1、主加热器2、风机3、冷却器4、复合材料制品5、模具6、辅助加热单元7、罐门8。
辅助加热单元延热压罐长度方向或气流流动方向，分区布置，通过上位机或可编程控制器下达的加热器工作指令完成加热工序。配合主加热器，使长度方向上的复材产品温度更均匀。
辅助加热单元，可以采用电加热，也可以通过管路采用油、水、气等介质进行加热或制冷，或多种组合混合使用。
每个辅助加热单元可以独立工作，也可以组合使用。
辅助加热单元可以独立设置使用，通过先加热气流再加热产品；或同模具结合为一体式结构，通过热传导直接加热模具。
基于上述本发明实施例提供的热压罐控制系统，对复合材料固化工艺的设备系统控制方式包括：
用于计算产品的温度场以及固化度。根据实时的设备工作状态信息，及后续固化工艺段的条件设置要求，可以计算产品温度变化曲线、固化度分布云图，以及预计固化完成时间。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种热压罐固化度动态控制方法，其特征在于，应用于热压罐中，所述热压罐中设置有至少一个传感器，所述方法包括：
获取预设时间段内复合材料各部位处传感器检测到的复合材料温度T；
根据预设时间段内的各部位处的复合材料温度T，采用公式和确定各部位的固化度；
在各部位的固化度不一致时，对热压罐进行局部控温实现热压罐固化度动态控制；
其中，Hr为树脂固化反应放热量、α为固化度参数，T为复合材料温度，ρ为产品密度、C为产品比热，τ为时间、a为产品热扩散系数，为拉普拉斯算符，m和n为反应级数，Ai为前项系数，Ei为反应活化能，R为普适气体常数。
2.根据权利要求1所述的热压罐固化度动态控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
将各部位的固化度在上位机的实时监测与分析模块中进行实时可视化显示，并显示复合材料产品不同部位的固化度达到100％的时间，可视化显示固化度的均匀性。
3.根据权利要求1所述的热压罐固化度动态控制方法，其特征在于，所述热压罐包括：模具、辅助加热单元；
辅助加热单元延热压罐长度方向或气流流动方向，分区布置，通过上位机或可编程控制器下达的加热器工作指令完成加热工序；
辅助加热单元，可以采用电加热，也可以通过管路采用油、水、气介质进行加热或制冷，或多种组合混合使用；
每个辅助加热单元可以独立工作，也可以组合使用；
辅助加热单元可以独立设置使用，通过先加热气流再加热复材产品；或同模具结合为一体式结构，通过热传导直接加热模具。
4.根据权利要求1所述的热压罐固化度动态控制方法，其特征在于，在各部位的固化度不一致时，对热压罐进行局部控温实现热压罐固化度动态控制，包括：
在各部位的固化度中确定最大固化度；
对于固化度低于最大固化度的部位，控制该部位处的热压罐内循环气流传热及辅助加热单元加热温度实现热压罐固化度动态控制。
5.一种热压罐固化度动态控制装置，其特征在于，应用于热压罐中，所述热压罐中设置有至少一个传感器，所述装置包括：
温度获取模块，用于获取预设时间段内复合材料各部位处传感器检测到的复合材料温度T；
固化度获取模块，用于根据预设时间段内的各部位处的复合材料温度T，采用公式和/>确定各部位的固化度；
动态控制模块，用于在各部位的固化度不一致时，对热压罐进行局部控温实现热压罐固化度动态控制；
其中，Hr为树脂固化反应放热量、α为固化度参数，T为复合材料温度，ρ为产品密度、C为产品比热，τ为时间、a为产品热扩散系数，为拉普拉斯算符，m和n为反应级数，Ai为前项系数，Ei为反应活化能，R为普适气体常数。
6.根据权利要求5所述的热压罐固化度动态控制装置，其特征在于，所述装置还包括：
显示模块，用于将各部位的固化度在上位机的实时监测与分析模块中进行实时可视化显示，并显示复合材料产品不同部位的固化度达到100％的时间，可视化显示固化度的均匀性。
7.根据权利要求5所述的热压罐固化度动态控制装置，其特征在于，所述热压罐包括：模具、辅助加热单元；
辅助加热单元延热压罐长度方向或气流流动方向，分区布置，通过上位机或可编程控制器下达的加热器工作指令完成加热工序；
辅助加热单元，可以采用电加热，也可以通过管路采用油、水、气介质进行加热或制冷，或多种组合混合使用；
每个辅助加热单元可以独立工作，也可以组合使用；
辅助加热单元可以独立设置使用，通过先加热气流再加热复材产品；或同模具结合为一体式结构，通过热传导直接加热模具。
8.根据权利要求5所述的热压罐固化度动态控制装置，其特征在于，动态控制模块，具体用于：
在各部位的固化度中确定最大固化度；
对于固化度低于最大固化度的部位，控制该部位处的热压罐内循环气流传热及辅助加热单元加热温度实现热压罐固化度动态控制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311234537.XA CN117382225A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种热压罐固化度动态控制方法和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311234537.XA CN117382225A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种热压罐固化度动态控制方法和装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117382225A true CN117382225A (zh) | 2024-01-12 |
Family
ID=89435283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311234537.XA Pending CN117382225A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种热压罐固化度动态控制方法和装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117382225A (zh) |
-
2023
- 2023-09-22 CN CN202311234537.XA patent/CN117382225A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6995066B2 (ja) | 樹脂箔を形成しかつ／又は処理する制御装置及び樹脂箔成形制御法 | |
| CN105058788A (zh) | 一种应用于3d打印的分布式加热装置及控制方法 | |
| CN106079820B (zh) | 一种应用于飞机面板的真空成型机 | |
| CN102990888B (zh) | 一种模具温度场自动调节控制方法 | |
| CN104057606B (zh) | 控制吹塑机的回火装置的设备和控制吹塑机的回火装置的方法 | |
| CN117382225A (zh) | 一种热压罐固化度动态控制方法和装置 | |
| CN107538771A (zh) | 一种复合材料固化胶接监测修理方法 | |
| CN103381426B (zh) | 轧辊冷却温度自动控制装置 | |
| CN103915032B (zh) | 一种教学实验用gmt片材生产系统 | |
| GB2513716A (en) | Cure control for curable materials | |
| USH559H (en) | Advancing gelation front cure technique | |
| US6267084B1 (en) | Apparatus for curing retread tire assemblies | |
| CN108284585A (zh) | 一种吹膜机自动控制吹膜方法 | |
| JPH01113211A (ja) | 加硫物体の内部温度測定方法およびタイヤ加硫制御方法 | |
| CN207105678U (zh) | 一种用于复合材料修理的固化组件及固化设备 | |
| JP3404746B2 (ja) | 構造体の圧縮成形 | |
| CN206825773U (zh) | 一种用于流水线生产的滚塑机系统 | |
| CN117507203A (zh) | 一种热压罐动态控制方法 | |
| US5926390A (en) | Programmed temperature controller | |
| CN107817847A (zh) | 一种浮法微晶晶化退火智能控制方法 | |
| CN106396349B (zh) | 光学玻璃圆棒一次成型及成型自动控制装置 | |
| CN209338464U (zh) | 一种高剪切分散乳化装置 | |
| CN107562024A (zh) | 一种玻璃板钢化工艺过程控制方法 | |
| JP2919532B2 (ja) | 炉内熱流体解析の解析条件設定方式 | |
| CN117565343B (zh) | 一种模具加热智慧控制方法及系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |