[发明专利]一种微波加热的材料热流量变化在线监测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料热固化技术，尤其是一种复合材料的微波固化技术，具体地说是一种能在线监测材料的性态转变和性能变化参数的方法和装置。

背景技术

复合材料传统的固化方式为电加热固化，加热固化时热量由材料外部向内部传递,因此材料内部存在温度梯度,造成沿厚度方向上固化度不同,使树脂很难均匀和完全固化,易于产生较大的内应力。对厚壁制件须采用很严格的固化制度,否则会出现肉眼可见微裂纹。为减少材料的热梯度,常采用较低的固化温度及较慢的固化速率,但固化速度放慢,则固化周期延长。微波因独特的“分子内”均匀加热方式,使得树脂固化均匀、速度快、易于控制、节省能源、设备投资少,近年来微波代替热固化在复合材料固化方面的研究愈来愈受到重视。

微波是一种电磁波,具有能量大、能量传递迅速等特点,可直接与物质分子作用。作为一种全新的热能技术代替传统加热方式用于聚合物及复合材料的加工研究是近些年来一个很热门的研究方向。

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。多数传统的热固化树脂都可采用微波辐射固化技术进行固化。利用微波固化复合材料制件，发现其固化产物的化学结构与传统热固化相同，但固化效率远大于热固化。微波固化热复合材料具有极好的发展前景。国外在微波固化方面已经进行了深入广泛的研究,主要集中在微波固化机理、工艺过程、微波器设计及相关基础理论研究。

现阶段对微波固化过程中材料的性态转变和性能变化研究方法：通过微波加热固化材料后制作样品，将样品置于通过电加热的温差分析仪器中分析材料固化过程中的固化反应参数。由于微波固化过程复杂，目前还没有装置可以实现在微波固化材料的过程中测量材料的性态转变和性能变化参数，而本发明解决了这一难题，同时提出相应的测量方法。具有广阔的市场价值和应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对目前缺少在复合材料微波固化过程中测量材料的性态转变和性能变化参数的研究方法及装置的问题，发明一种微波加热的材料热流量变化在线监测方法，同时设计一种相应的检测装置。

本发明的技术方案之一是：

一种微波加热的材料热流量变化在线监测方法，其特征在于：将需要测试的样品3和参比物9均放置于微波测试传感器平台上，在样品3和参比物9的中部各插入一个温度传感器8，对样品3和参比物9形成闭环的温度控制；热流量传感器1实时测量放置测试样品3和参比物9的盛样器的热流量信号，通过热流量分析方法，计算材料的性态转变和性能变化参数。

被测量样品3为固态或液态样品，样品3放于透波材料制造的盛样器10中。盛样器10中部插有光纤温度传感器8。

由于微波的选择性加热，参比物9与样品3为同一种材料，两者的质量差应在5至200mg之间。

热流量传感器1实时测量放置测试样品3和参比物9的盛样器10的热流量信号。

本发明的技术方案之二是：

一种微波加热的材料热流量变化在线监测装置，其特征在于：它主要包括微波谐振腔4，微波辐射器5，微波源12，温度传感器8和热流量传感器1，微波辐射器5安装在微波谐振腔4内，微波源12通过微波传输线13将产生的微波能传输到微波辐射器5中，微波辐射器5将微波能传输到封闭的微波谐振腔4内，对安装在微波谐振腔4内的样品3和参比物9同时进行微波加热，样品3和参比物9中均安装有温度传感器8，温度传感器8将固化过程中测量到的温度信号传送给控制器，控制器控制微波源12的输出功率，使样品和参照物的加热温度达到设定值；所述的样品3和参比物9均放置在各自的盛样器10中，盛样器10放置在盛样板2上，盛样板2放置在支架16上，盛样板2与隔板上的凹槽15之间留有0.3-1mm的间隙，以防止微波干扰热流量传感器1，盛样板2的底部安装有高热导绝缘层11，热流量传感器1的测量端与高热导绝缘层11相接触，热流量传感器1的输出端与数据采集分析装置的信号输入端相连。

微波源12产生的微波能够使得样品3和参比物9加热后温度升高到至少200℃。

微波谐振腔4的腔体为圆形或规则多边形中的一种，具有对称性；腔体材料具有微波反射性，腔体中无任何凸出或尖角物体，表面光滑平整。

微波辐射器5为全向天线，该全向天线与炉盖6之间采用电磁密封结构相连。

本发明的有益效果是：