CN207808202U - 一种微波加热固化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微波加热固化设备，包括加压装置、微波装置以及真空辅助装置，加压装置包括加压腔体和加压源，微波装置包括微波腔体和微波源，真空辅助装置包括真空辅助部件和真空提供部件，真空辅助部件包括用于容纳复合材料的容纳腔体，所述真空提供部件包括真空动力源和真空管路。应用本实用新型的技术方案，效果是：整体结构精简；通过加压装置和微波装置的组合使用，可实现加压微波固化，制件的成型质量好、成型精度高。

Description

一种微波加热固化设备

技术领域

本实用新型涉及复合材料加工技术领域，具体涉及一种微波加热固化设备。

背景技术

微波固化具有加热速度快、固化均匀、效率高等优点，主要应用在木材干燥、陶瓷加热以及树脂基复合材料固化成型等领域。目前航空航天领域大量应用高性能聚合物基复合材料，因而微波加热技术在聚合物特别是环氧树脂基复合材料的固化加工方面有很大潜力。

微波加热升温速率的快慢决定了产品成型效率的高低，但是对于树脂基复合材料升温速率不能过高，否则出现‘热失控’现象。而传统微波加热设备往往采用单端口、恒定的功率的方式对制件进行加热，制件局部区域易出现‘热失控’，导致制件局部灼烧，最终降低制件的成型质量与成型精度。

压力在复合材料固化中是一个不能忽略的工艺参数，现有的微波固化均未考虑压力的调整。

综上所述，急需一种结构精简、使用方便且能够将微波固化和加压固化相结合的装置以解决现有技术中存在的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种结构精简、使用方便且能够将微波固化和加压固化相结合的装置，具体技术方案如下：

一种微波加热固化设备，包括加压装置、微波装置以及真空辅助装置；

所述加压装置包括加压腔体以及与所述加压腔体连接的加压源，所述加压源能为所述加压腔体内部提供不同的压力；

所述微波装置包括微波腔体以及为所述微波腔体内部提供微波的微波源，所述微波源和所述微波腔体之间通过微波发射端口组连接；所述微波腔体可拆卸式设置在所述加压腔体内，且所述微波腔体的内部与所述加压腔体内部连通；

所述真空辅助装置包括真空辅助部件以及真空提供部件，所述真空辅助部件包括用于容纳复合材料的容纳腔体，所述真空提供部件包括真空动力源以及连接所述真空动力源和所述容纳腔体的真空管路，所述真空管路上设有用于断开和连通所述真空管路的连接件；所述容纳腔体、部分所述真空管路以及连接件作为一个整体可拆卸式设置在所述微波腔体内。

以上技术方案中优选的，所述加压装置为热压罐；所述微波腔体为带孔的金属容器，孔的尺寸为2-3mm；所述连接件为快接接头。

以上技术方案中优选的，所述微波发射端口组包括一个微波发射端口或至少两个并列设置的微波发射端口。

以上技术方案中优选的，所述微波腔体的外壁上设有卡槽组，所述加压腔体的内壁上设有与所述卡槽组相匹配的支撑块组；所述卡槽组包括两组卡槽，两组卡槽对称设置，且两组卡槽设置在所述微波腔体中相对设置的两个侧壁的外壁上；所述支撑块组包括与两组卡槽一一对应设置的支撑块；

或者是，所述微波腔体的外壁上设有凸块组，所述加压腔体的内壁上设有与所述凸块组相匹配的安装槽组；所述凸块组包括两组凸块，两组凸块对称设置，且两组凸块设置在所述微波腔体中相对设置的两个侧壁的外壁上；所述安装槽组包括与两组凸块一一对应设置的安装槽。

以上技术方案中优选的，还包括用于将所述微波腔体送入和送出所述加压腔体的移动小车，移动小车包括沿竖直方向高度可调的车体以及设置在车体下端端部的行走部件；

所述行走部件包括滚轮组；所述车体能调整所述微波腔体的高度位置使得卡槽组和支撑块组相啮合或所述凸块组合所述安装槽组相啮合。

以上技术方案中优选的，所述真空辅助部件为由透波板、透气毡和真空袋可拆卸式连接形成具有所述容纳腔体的结构，复合材料布置在所述透波板上表面上且复合材料上方覆盖有一层隔离膜；所述透气毡覆盖在隔离膜上；所述真空袋层叠设置在所述透气毡的外壁上，且所述真空袋的端部与所述透波板的上表面连接形成用于容纳复合材料的容纳腔体。

以上技术方案中优选的，所述透气毡的端部与所述透波板的上表面相接触部位还设有密封部件。

以上技术方案中优选的，还包括控制部件，所述控制部件包括控制器以及温度测量部件，所述温度测量部件用于测量复合材料的温度变化，所述控制器分别与所述温度测量部件以及所述微波源连接；

所述控制器能够根据复合材料的温度工艺曲线来调控所述微波源的大小，进而能实现相应复合材料不同升温速率加热固化。

以上技术方案中优选的，所述控制器为PLC控制器；所述温度测量部件包括温度采集仪、测温头以及用于连接所述温度采集仪和所述测温头的测温线，所述温度采集仪与所述控制器连接。

应用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本实用新型的微波加热固化设备包括加压装置、微波装置以及真空辅助装置，加压装置包括加压腔体和加压源，微波装置包括微波腔体和微波源，真空辅助装置包括真空辅助部件和真空提供部件，真空辅助部件包括用于容纳复合材料的容纳腔体，所述真空提供部件包括真空动力源和真空管路。整体结构精简；通过加压装置和微波装置的组合使用，可实现加压微波固化，制件的成型质量好、成型精度高。

(2)本实用新型中所述加压装置为热压罐，部件容易获得，且便于对加压腔体内的压力调节；所述微波腔体为带孔的金属容器，孔的尺寸为2-3mm，既能够很好地屏蔽微波，又能够确保复合材料加压微波固化成型；所述连接件为快接接头，部件容易获得，且能够很好地连通和断开真空管道，满足工艺需求。

(3)本实用新型中微波发射端口组包括一个微波发射端口或至少两个并列设置的微波发射端口。采用单个或多个微波发射端口，可根据实际需求更好地调控微波功率，实用性强。

(4)本实用新型中微波腔体和加压腔体采用可拆卸式连接，具体连接方式多种多样，此处优选卡槽组和支撑块组相啮合或所述凸块组合所述安装槽组相啮合的方式，结构精简，且能够满足连接要求。

(5)本实用新型中真空辅助部件为由透波板、透气毡和真空袋可拆卸式连接形成具有所述容纳腔体的结构，结构精简，确保容纳腔体能够处于很好的真空环境，便于后续微波固化。

(6)本实用新型中还包括控制部件，所述控制部件包括控制器以及温度测量部件，所述温度测量部件用于测量复合材料的温度变化，所述控制器分别与所述温度测量部件以及所述微波源连接。控制器能够根据复合材料的温度工艺曲线以及温度测量部件检测到的温度值来实时调控所述微波源的大小(一般调节微波功率)，能够准确实现复合材料制件的精准控温，制件的成型质量好、成型精度高。所述控制器为PLC控制器，可将复合材料的温度工艺曲线嵌入控制器内；所述温度测量部件由温度采集仪、测温头和测温线组成，整体结构精简，便于使用；测温头占用体积小不会影响复合材料的固化成型，且测温精准度高。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是实施例1的微波加热固化设备结构示意图；

图2是1中微波腔体、真空辅助装置以及移动小车的结构示意图；

其中，1、加压装置，1.1、加压腔体，2、微波装置，2.1、微波腔体，2.2、微波发射端口组，2.3、微波源，3、真空辅助装置，3.1、真空辅助部件，3.11、容纳腔体，3.12、透波板，3.13、透气毡，3.14、真空袋，3.15、密封部件，3.2、真空提供部件，3.21、真空管路，3.22、连接件，4、移动小车，4.1、车体，4.2、行走部件，5、控制部件，5.1、控制器，5.2、温度测量部件，5.21、温度采集仪，5.22、测温头，5.23、测温线，6、复合材料；

A、卡槽组，B、支撑块组。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种微波加热固化设备，详见图1和图2，具体包括加压装置1、微波装置2、真空辅助装置3、移动小车4以及控制部件5，详细结构如下：

所述加压装置1优选热压罐，其包括加压腔体1.1以及与所述加压腔体1.1连接的加压源，所述加压源能为所述加压腔体1.1内部提供不同的压力。

所述微波装置2包括微波腔体2.1(为带孔的金属容器，孔的尺寸为2-3mm)以及为所述微波腔体2.1内部提供微波的微波源2.3(此处优选微波发生器)，所述微波源和所述微波腔体2.1之间通过微波发射端口组2.2连接；所述微波腔体2.1可拆卸式设置在所述加压腔体1.1内，且所述微波腔体2.1的内部与所述加压腔体1.1内部连通(此处通过微波腔体上的孔连通)。所述微波发射端口组2.2包括一个微波发射端口或至少两个并列设置的微波发射端口(此处优选四个均布的微波发射端口，图1中看到的是两个，另外两个设置在另一端被挡住了，设置四个的目的是使复合材料上电场分布均匀，进而实现温度分布均匀)。所述微波腔体2.1和所述加压腔体1.1之间可拆卸式设置具体是：

所述微波腔体2.1的外壁上设有卡槽组A，所述加压腔体1.1的内壁上设有与所述卡槽组A相匹配的支撑块组B；所述卡槽组A包括两组卡槽，两组卡槽对称设置，且两组卡槽设置在所述微波腔体2.1中相对设置的两个侧壁的外壁上；所述支撑块组B包括与两组卡槽一一对应设置的支撑块，详见图2。除此之外，还可以采用另外一种方式：所述微波腔体的外壁上设有凸块组，所述加压腔体的内壁上设有与所述凸块组相匹配的安装槽组；所述凸块组包括两组凸块，两组凸块对称设置，且两组凸块设置在所述微波腔体中相对设置的两个侧壁的外壁上；所述安装槽组包括与两组凸块一一对应设置的安装槽。

所述真空辅助装置3包括真空辅助部件3.1以及真空提供部件3.2，所述真空辅助部件3.1包括用于容纳复合材料6的容纳腔体3.11，所述真空提供部件3.2包括真空动力源以及连接所述真空动力源和所述容纳腔体3.11的真空管路3.21，所述真空管路3.21上设有用于断开和连通所述真空管路的连接件3.22(此处优选为快接接头)；所述容纳腔体3.11、部分所述真空管路3.21以及连接件3.22作为一个整体可拆卸式设置在所述微波腔体2.1内。此处优选：所述真空辅助部件3.1为由透波板3.12、透气毡3.13和真空袋3.14可拆卸式连接形成具有所述容纳腔体3.11的结构，具体是：复合材料布置在所述透波板上表面上且复合材料上方覆盖有一层隔离膜；所述透气毡3.13覆盖在隔离膜上；所述真空袋3.14层叠设置在所述透气毡3.13的外壁上，且所述真空袋3.14的端部与所述透波板3.12的上表面连接形成用于容纳复合材料的容纳腔体3.11(实际上复合材料、隔离膜和透气毡均被密封在容纳腔体内)。

所述移动小车4用于将所述微波腔体2.1送入和送出所述加压腔体1.1，所述移动小车4包括沿竖直方向高度可调的车体4.1以及设置在所述车体4.1下端端部的行走部件4.2，详见图2，此处优选：所述行走部件4.2包括滚轮组；所述车体4.1能调整所述微波腔体2.1的高度位置使得卡槽组A和支撑块组B相啮合(或所述凸块组合所述安装槽组相啮合)。

所述控制部件5包括控制器5.1以及温度测量部件5.2，所述温度测量部件5.2用于测量复合材料的温度变化，所述控制器5.1分别与所述温度测量部件5.2以及所述微波源连接；所述控制器5.1能够根据复合材料的温度工艺曲线来调控所述微波源的大小。此处优选：所述控制器5.1为PLC控制器，其包括用于显示可调控参数的控制面板、控制系统等；所述温度测量部件5.2包括温度采集仪5.21、测温头5.22以及用于连接所述温度采集仪和所述测温头的测温线5.23，所述温度采集仪与所述控制器连接。

应用本实施例的技术方案，具体是：将测温头)预埋到预先铺贴好的复合材料6(能够吸收微波)内部，并通过测温线引出与温度采集仪连接，温度采集仪和控制器连接好；将复合材料6通过真空辅助装置3进行抽真空处理，具体是通过透气毡3.13、真空袋3.14、真空管路3.21、连接件3.22(快接接头)以及密封部件3.15(密封胶)进行抽取真空处理；将抽真空后的真空辅助装置3(复合材料在其容纳腔体3.11内)放入微波装置2中的微波腔体2.1内(具体可匹配相应的支撑架进行支撑)；将微波腔体2.1(内部有带复合材料的真空辅助装置)通过移动小车4送入加压装置1的加压腔体1.1内，通过升降车体4.1使得微波腔体上的卡槽组A和加压腔体上的支撑块组B相啮合；移走移动小车；将微波腔体通过微波发射端口组2.2与微波源连接，且微波源与控制器连接好。

根据复合材料的升温速率要求，在控制器中控制面板上输入对应的温度工艺曲线，初始化功率设置与功率补偿通过输入制件升温速率与微波功率关联模型输入，制件升温速率与微波功率关联模型输入通过数值模拟仿真得到。在复合材料6固化过程中，通过温度采集仪采集得到的温度数据与设定在控制面板上的温度工艺曲线对比，如果温差超过所允许值，控制面板自动根据功率补偿与修正(如果实际温度低于设定值，则会相应增加微波功率，如果实际温度高于设定温度，则会相应减少微波功率)。其中微波功率补偿与修正是导入数值模型得到的制件升温速率与微波功率关联模型到控制面板上，自动计算相应的微波功率，通过控制微波源的微波功率最终实现复合材料按照相应的升温速率进行升温。在整个微波固化过程中，复合材料控制在相应的升温速率下进行升温，并且整体固化均匀，为大型复材构件实现精确控温与等温同步固化提供了理论与工艺支撑。

应用本实施例的技术方案，效果是：(1)实现了微波设备与热压罐的组合，微波腔体装置在热压罐中可方便安装与拆卸；(2)实现了高压微波对复合材料的均匀固化；(3)实现了高压微波固化下复合材料升温速率可控。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微波加热固化设备，其特征在于，包括加压装置(1)、微波装置(2)以及真空辅助装置(3)；

所述加压装置(1)包括加压腔体(1.1)以及与所述加压腔体(1.1)连接的加压源，所述加压源能为所述加压腔体(1.1)内部提供不同的压力；

所述微波装置(2)包括微波腔体(2.1)以及为所述微波腔体(2.1)内部提供微波的微波源，所述微波源和所述微波腔体(2.1)之间通过微波发射端口组(2.2)连接；所述微波腔体(2.1)可拆卸式设置在所述加压腔体(1.1)内，且所述微波腔体(2.1)的内部与所述加压腔体(1.1)内部连通；

所述真空辅助装置(3)包括真空辅助部件(3.1)以及真空提供部件(3.2)，所述真空辅助部件(3.1)包括用于容纳复合材料的容纳腔体(3.11)，所述真空提供部件(3.2)包括真空动力源以及连接所述真空动力源和所述容纳腔体(3.11)的真空管路(3.21)，所述真空管路(3.21)上设有用于断开和连通所述真空管路的连接件(3.22)；所述容纳腔体(3.11)、部分所述真空管路(3.21)以及连接件(3.22)作为一个整体可拆卸式设置在所述微波腔体(2.1)内。

2.根据权利要求1所述的微波加热固化设备，其特征在于，所述加压装置(1)为热压罐；

所述微波腔体(2.1)为带孔的金属容器，孔的尺寸为2-3mm；

所述连接件(3.22)为快接接头。

3.根据权利要求1所述的微波加热固化设备，其特征在于，所述微波发射端口组(2.2)包括一个微波发射端口或至少两个并列设置的微波发射端口。

4.根据权利要求1所述的微波加热固化设备，其特征在于，所述微波腔体(2.1)的外壁上设有卡槽组(A)，所述加压腔体(1.1)的内壁上设有与所述卡槽组(A)相匹配的支撑块组(B)；所述卡槽组(A)包括两组卡槽，两组卡槽对称设置，且两组卡槽设置在所述微波腔体(2.1)中相对设置的两个侧壁的外壁上；所述支撑块组(B)包括与两组卡槽一一对应设置的支撑块；

或者是，所述微波腔体(2.1)的外壁上设有凸块组，所述加压腔体(1.1)的内壁上设有与所述凸块组相匹配的安装槽组；所述凸块组包括两组凸块，两组凸块对称设置，且两组凸块设置在所述微波腔体(2.1)中相对设置的两个侧壁的外壁上；所述安装槽组包括与两组凸块一一对应设置的安装槽。

5.根据权利要求4所述的微波加热固化设备，其特征在于，还包括用于将所述微波腔体(2.1)送入和送出所述加压腔体(1.1)的移动小车(4)，所述移动小车(4)包括沿竖直方向高度可调的车体(4.1)以及设置在所述车体(4.1)下端端部的行走部件(4.2)；

所述行走部件(4.2)包括滚轮组；所述车体(4.1)能调整所述微波腔体(2.1)的高度位置使得卡槽组(A)和支撑块组(B)相啮合或所述凸块组和所述安装槽组相啮合。

6.根据权利要求1所述的微波加热固化设备，其特征在于，所述真空辅助部件(3.1)为由透波板(3.12)、透气毡(3.13)和真空袋(3.14)可拆卸式连接形成具有所述容纳腔体(3.11)的结构，复合材料布置在所述透波板上表面上且复合材料上方覆盖有一层隔离膜；所述透气毡(3.13)覆盖在隔离膜上；所述真空袋(3.14)层叠设置在所述透气毡(3.13)的外壁上，且所述真空袋(3.14)的端部与所述透波板(3.12)的上表面连接形成用于容纳复合材料的容纳腔体(3.11)。

7.根据权利要求6所述的微波加热固化设备，其特征在于，所述透气毡(3.13)的端部与所述透波板(3.12)的上表面相接触部位还设有密封部件(3.15)。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的微波加热固化设备，其特征在于，还包括控制部件(5)，所述控制部件(5)包括控制器(5.1)以及温度测量部件(5.2)，所述温度测量部件(5.2)用于测量复合材料的温度变化，所述控制器(5.1)分别与所述温度测量部件(5.2)以及所述微波源连接；

所述控制器(5.1)能够根据复合材料的温度工艺曲线来调控所述微波源的大小，进而能实现相应复合材料不同升温速率加热固化。

9.根据权利要求8所述的微波加热固化设备，其特征在于，所述控制器(5.1)为PLC控制器；所述温度测量部件(5.2)包括温度采集仪(5.21)、测温头(5.22)以及用于连接所述温度采集仪和所述测温头的测温线(5.23)，所述温度采集仪与所述控制器连接。