[发明专利]大厚度复合材料微波固化工艺方法

说明书

一种大厚度复合材料微波固化工艺方法，其特征是基于“充分利用固化反应放热”的思想，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。本发明可以大大降低大厚度复合材料在微波固化过程中的热冲击程度，避免零件内部产生高温烧蚀现象，为大厚度复合材料的高质量、高效微波固化成型提供了解决思路。

技术领域

本发明涉及一种复合材料固化方法，尤其是一种复合材料微波固化方法，具体地说是一种大厚度复合材料微波固化工艺方法。

背景技术

近年来，先进复合材料凭借其优异性能在航空领域取得了越来越广泛的应用，从最初的舱门、整流罩、安定面等次承力构件逐步发展到翼盒、翼身、机身蒙皮、承压框、垂尾等大尺寸主承力构件。在民机领域，波音和空客公司最先进的机型Boeing 787与A350上的复合材料用量都已超过50％。最近首飞的国产民用大飞机C919，先进复合材料用量达到12％。在军机领域，隐身轰炸机B2复合材料用量占结构重量的50％，美国最先进的四代战机F35上复合材料的用量达到了31％。未来，复合材料构件在飞机中的占比会不断增加，应用的部位也会越来越关键，大厚度和变厚度复合材料构件的设计和制造是必然的趋势。

目前，复合材料主要采用热压罐工艺加热加压固化成型。热压罐固化工艺以电阻丝加热空气后在风机作用下循环流动，以对流换热和热传导的方式加热复合材料，复合材料表面先加热，然后传热至内部。复材零件的加热速率缓慢、零件厚度方向温差大，成型周期长，且空气和模具均需加热至高温，能耗高。发明人前期提出的微波固化方法以电磁波直接穿透、内外同时均匀加热复合材料，加热速度快，成型周期短，微波选择性加热复合材料，空气与模具均不加热，能耗低。

然而，传统微波固化工艺在成型大厚度复合材料构件时复合材料内部固化反应放热剧烈，热量无法及时释放，固化温度严重超调，直接导致复合材料因内部高温烧蚀而报废。针对上述问题，本发明提出一种大厚度复合材料微波固化工艺方法，基于“充分利用固化反应放热”的思想，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。该方法可以大大降低大厚度复合材料在微波固化过程中的热冲击程度，避免零件内部产生高温烧蚀现象，为大厚度复合材料的高质量、高效微波固化成型提供了解决思路。

发明内容

本发明的目的是针对传统微波固化工艺在成型大厚度复合材料构件时复合材料内部因固化反应放热剧烈从而导致严重高温烧蚀的问题，发明一种大厚度复合材料微波固化工艺方法，以实现这类复合材料的高质量、高效微波加热固化。

本发明的技术方案是：

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步骤是：首先以一定升温速率v₁升温至第一个保温平台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。