[发明专利]一种采用微波超声固化纤维增强复合材料构件的方法及其专用装置

说明书

 

技术领域

本发明属于复合材料成型及加工领域，具体是指采用微波超声固化纤维增强复合材料构件的方法及其专用装置。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料具有较高的比强度和比刚度，质量轻、耐热、耐腐蚀、抗疲劳、减震性能好等优点，广泛用于航空航天领域、交通运输、风力发电、电子电力等领域。预浸料则是把强化纤维(碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维)浸渍在基体(环氧树脂、聚酯树脂、热可塑性树脂等)中制成的预浸料片材产品，是纤维增强树脂基复合材料的中间材料。

由于纤维增强树脂基复合材料具有上述优异的性能，在应用过程中针对不同的复合材料构件发展出了不同的成型方法。其中，树脂传递模塑成型方法在航空航天、汽车制造和石油化工等领域有着非常广泛的应用，尤其是在航空航天领域已经成为最为重要的成型工艺。但传统的树脂传递模塑成型工艺存在许多的问题和缺陷：（1）复合材料固化时间长、能耗高及资源利用率低。（2）加热方式效率低，时间长，温度控制具有滞后性，大量的能源被消耗。（3）树脂浸润不充分，局部区域无法渗透。由于采用压力注胶或者真空注胶，注射压力低，充模过程缓慢，对厚层合板纤维增强体的浸润性不够，导致在固化中粘性和固化度的各向异性，极大的影响了复合材料零件的质量和性能。并且较差的纤维增强体几何形态对固化厚截面层板内部微裂纹的发展和脱胶有显著影响。同时，传统固化的复合材料胶结界面存在一些缺陷，力学性能不够理想，影响复合材料的质量和使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种采用微波超声固化纤维增强复合材料构件的方法及其专用装置，可以解决传统复合材料成型方法制造纤维增强复合材料时时间长、能耗高、纤维浸润不充分和局部区域无法充模的问题，提高复合材料零件的质量和性能。

本发明所述的一种采用微波超声固化纤维增强复合材料构件的方法，其包括以下步骤：首先将纤维增强体预制件铺放在涂有脱模剂的上下模具中，合模后注入树脂进行充模，在注入树脂过程中，使用超声波对模具进行照射，加快树脂渗透入纤维增强体预制件的过程，同时增加浸润性；当充模完成后，使用微波加热模具中的纤维增强体预制件直至树脂完全固化；之后将模具及其中的纤维增强体预制件自然冷却至室温，构件固化完成。

此外，本发明还提供了一种采用微波超声固化纤维增强复合材料构件的专用装置，包括控制器、注胶系统、储存罐、配胶槽和RTM（Resin Transfer Molding，树脂传递模塑成型）模具，所述配胶槽经注胶管道依次连接注胶系统、储存罐至RTM模具，控制器电连接注胶系统实现注胶控制，所述TM模具安装在一个微波谐振腔中，微波谐振腔外接微波发生器，在微波谐振腔内还设有超声换能器，该超声换能器外接超声发生器，微波发生器和超声发生器的控制端同样设置在控制器上。

作为改进，所述RTM模具安装在工作台上，超声换能器安装在工作台下方并朝向RTM模具。

本发明的有益效果：

1、本发明可以成型高性能、层间剪切强度高，尺寸稳定性好、内应力和变形小的纤维增强树脂基复合材料，同时极大的缩短了生产时间，提高了能源利用率，实现了纤维增强树脂基复合材料的快速固化成型。

2、本发明采用功率线性可调的微波加热技术和高频超声波技术，提高了树脂的浸润性和渗透性，在短时间内完成纤维增强树脂基复合材料的成型过程，提高了零件的质量和性能。同时，微波加热中消耗的功率几乎都使被加热物升温，加热室内的空气与相应的容器都不会发热，所以具有极高的生产效率和能源利用率，生产环境也明显改善。

附图说明

图1是本发明专用装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所采用的专用装置，主要包括控制器1、注胶系统2、储存罐4、微波谐振腔7、RTM模具8、配胶槽14、超声换能器11、微波发生器和超声发生器13，所述的控制器1通过线路管道与注胶系统2相连，注胶系统2中设有注胶泵3，配胶槽14经注胶管依次连接注胶泵3、储存罐4连接RTM模具8，注胶管上还设有阀门及压力表5。RTM模具8安装在工作台10上并位于一个微波谐振腔7中。RTM模具8两侧分别具有出胶口6和注胶口12，微波谐振腔7外接微波发生器，在微波谐振腔7内还设有超声换能器11，该超声换能器11安装在工作台10下方并朝向RTM模具8，该超声换能器11外接超声发生器13，微波发生器和超声发生器13的控制端同样设置在控制器1上。 RTM模具8内放有复合材料零件9。