[发明专利]大厚度复合材料微波固化工艺方法

权利要求书

1.一种大厚度复合材料微波固化工艺方法，其特征在于：将传统微波固化工艺中快速升温至复合材料固化温度并进行等温固化的过程设计为在某一特定温度进行相同时间的缓慢升温过程，通过逐渐接近复合材料的固化温度缓慢地释放因固化反应放热产生的热量，将原本短暂而剧烈的固化反应转变为持久而平缓的固化过程；所述的大厚度复合材料微波固化工艺方法首先以一定升温速率v₁升温至第一个保温平台的温度T₁，保温一定时间t₁后，以相同的升温速率v₂＝v₁升温至拐点温度T₂，然后以缓慢的升温速率v₃在t₂时间内升温至复合材料的最终固化温度T₃，最后以v₄的降温速率对完成固化的复合材料进行降温；此外，为确定大厚度复合材料微波固化工艺曲线中的工艺参数，应先获取该复合材料的固化反应动力学模型，所述的固化反应动力学模型是基于对复合材料固化过程进行差示扫描量热测试的结果拟合下述方程获得：

其中，α是复合材料的固化度，为固化反应速率，k₁和k₂为非催化聚合反应速率常数和自催化聚合反应速率常数，m和n为反应级数，A为指前因子，R为普适气体常数，T为瞬时温度，E为反应活化能，B是与温度无关的常数；

再根据固化反应动力学模型建立大厚度复合材料微波固化过程中的固体传热模型，所述的大厚度复合材料微波固化过程中的固体传热模型为：

其中，ρ和c_p分别是复合材料的密度和比热容，k_i是复合材料的热传导系数张量中的分量，x_i表示坐标，Q_e为复合材料吸收的微波功率，Q_r为固化反应放热产生的热量，Q_v为复合材料与周围环境的换热量；

其中，f为微波频率，ε₀为真空介电常数，ε″为复合材料的相对介电损耗，E_rms为电场强度，对于微波间接加热固化时，由吸波模具吸收微波产生热量并将热量传递给复合材料，此时Q_e为零；

其中，H为复合材料固化过程中的总放热焓；

其中，h为对流换热系数，T_a为复合材料周围的环境温度，ζ为斯蒂芬-玻耳兹曼常数，υ为复合材料表面热辐射系数；

最后，利用获得的固体传热模型获取该大厚度复合材料微波固化工艺曲线中的工艺参数，大厚度复合材料微波固化工艺曲线中的工艺参数获取方法为：

第一步：根据所得到的固体传热模型模拟一系列升温速率v₁下复合材料厚度方向上的温度梯度，在保证复合材料厚度方向的温度梯度低于设定指标的情况下，v₁取最大值；

第二步：第一个保温平台的温度T₁为复合材料粘度最低点附近温度，保温时间t₁使复合材料有效压实；

第三步：复合材料的升温速率v₂＝v₁；

第四步：时间t₂与传统微波固化工艺中相应过程的时间相同，温度T₃与传统微波固化工艺中的最终固化温度相同，根据固体传热模型模拟一系列拐点温度T₂下复合材料内部的热冲击程度，v₃＝(T₃-T₂)/t₂，在保证复合材料内部不存在热冲击的情况下T₂取最大值，或T₂取使复合材料内部热冲击程度最小时的温度值；

第五步：复合材料的降温速率v₄为1～10℃/min或采用自然降温过程。