[发明专利]复合材料的微波固化

说明书

技术领域

本发明涉及一种固化复合材料的方法，并且涉及一种用于固化复合材料的设备。

背景技术

航空航天工业制造商越来越多地使用复合材料来减少一些部件的重量并提高其性能，从而减少飞行器的重量并提高其效率。

航空航天工业使用的复合材料通常包括在聚合物基质中的纤维材料。基质材料中包括纤维材料的复合部件可通过将一个或多个纤维材料的层片层布置在成型工具上并固化该部件以形成固结的部件而生产。通常，纤维材料以一个或多个“预浸渍”层的形式提供。替代性地，可在成型工具上布置一个或多个“干燥”层片层并且可在这些层片层上施加基质材料。通常，部件在热压罐中在高温和高压下被烧煮或“固化”。替代性地，一些基质材料可以不需要热压罐提供的升高的压力，因而部件可在烘炉中在高温下固化。

在热压罐或烘炉中固化复合部件是耗时的过程，通常持续约四小时。周期时间受到热压罐或烘炉部件和工具达到期望的固化温度所耗时间的限制。因为热压罐或烘炉自身和部件一样也被加热，因此固化过程还使用大量的能量。

为了减少固化过程的时间，可使用微波来固化复合部件。在US2010/0163480中描绘了一种已知的微波固化方法。与复合零件接触的微波敏感材料被微波加热。该复合零件部分地通过吸收微波被加热，部分地通过与被加热的微波敏感材料接触被加热。在JP2006107（A）中描述了另一已知的微波固化方法。复合面板被固定到框架中。复合面板和框架由相同的材料形成。框架通过微波加热并且该热量传递至该面板。

然而，包括US2010/016348和JP2006107（A）中描述的方法在内的已知的微波固化方法的问题是，复合部件不均匀地吸收微波可导致整个部件在固化时温度分布不均匀，存在“高温点”和“低温点”。这些“高温点”和“低温点”会难以预测、监测和控制，并且会导致部件性能的降低并带来不可预知的部件性能。

因此，期望提供一种减少或控制部件中温度分布的不可预知性的使用微波固化复合部件的方法。

发明内容

本发明的第一方面提供一种固化复合材料的方法，所述方法包括：使用微波加热工具；通过使用防护罩将微波反射离开所述复合材料而遮蔽所述复合材料；以及使热量从所述工具经由所述防护罩传递至所述复合材料。

本发明的第二方面提供一种用于固化复合材料的设备，所述设备包括微波发射器；微波反射防护罩；以及位于所述发射器与所述防护罩之间的微波敏感工具。

该工具通常包括对微波敏感的例如陶瓷或聚酯的材料，以使得当微波入射到工具上时，一些微波被该微波敏感材料吸收，因而加热该工具。

在复合材料和微波发射器之间，可仅仅将防护罩定位在复合材料的一侧上。替代性地，可在复合材料的相反两侧上设置一对防护罩，每个防护罩定位在复合材料和相应的微波发射器之间。可选地，防护罩可大体包围复合材料，因此提供遍及复合材料的整个表面区域的遮蔽效果，以使得当工具被加热时基本上没有微波入射到复合材料上。替代性地，防护罩可仅仅覆盖复合材料的一部分，以使得复合材料部分被遮蔽，部分未被遮蔽。

防护罩通常布置在工具和复合材料之间以使得热量在从工具向复合材料传递时通过该防护罩。

可设置呼吸层，例如薄聚酯泡沫层。呼吸层通常定位在复合材料和工具之间，呼吸层可提供用于空气绕着部件流动的通道，并且呼吸层可从部件吸收过剩的基质材料。呼吸层可大体包围部件或者可仅仅在部件的一部分上延伸。

呼吸层优选地定位在防护罩和工具之间。替代性地，它可定位在防护罩和复合材料之间，在该情形中，在呼吸层和复合材料之间可能需要剥离层，以确保呼吸层不会粘附在复合材料上。

防护罩优选地与工具传导性地联接以使得它能够通过传导接收来自工具的热量。即，防护罩可直接接触工具，或者，它可接触转而与工具接触从而能够将热量从工具传导至防护罩的一个或多个层（例如呼吸层）。类似地，防护罩优选地与复合材料传导性地联接，以使得防护罩能够通过传导将热量传递至复合材料。即，防护罩可直接地接触复合材料，或者，它可接触转而与复合材料接触从而能够将热量从防护罩传导至复合材料的一个或多个层。

通常，所述工具包括成型表面，并且所述方法还包括在所述工具被加热时用所述成型表面经由所述防护罩对所述复合材料施加成型压力以使所述复合材料成型或成形。

该工具可通过防护罩对复合材料施加至少0.1MPa（1巴）的压力。在热压罐中，通过工具施加的压力可大于0.6MPa（6巴），通常在0.6MPa至1.5MPa（6巴至15巴）的范围内。