[发明专利]一种包含耐压微波腔的复合材料固化装置

说明书

本发明提供一种包含耐压微波腔的复合材料固化装置，所述装置包括能密闭设置的微波腔体、微波发生器、振动气锤、物料托板、微波腔体增压部件和抽真空部件；所述微波发生器向微波腔体内发送微波用于为所述复合材料供热，所述物料托板设置在微波腔体内，物料托板上用于直接或间接放置复合材料待处理制件；所述振动气锤为能向所述物料托板和复合材料提供5000Hz以下振动频率的振动以及能提供2g以上竖直方向的振动加速度的振动的振动气锤；所述微波腔体增压部件包括至少一根与微波腔体连接而用于向微波腔体中输入压缩空气的微波腔体增压压缩气管。本发明所述装置可以使得复合材料预浸料在大气压或0.1MPa内的表压下固化得到性能优良的制件。

技术领域

本发明属于复合材料固化成型领域，具体涉及一种包含耐压微波腔的复合材料固化装置。

背景技术

热压罐工艺是目前用于固化成型航空航天用高性能树脂基复合材料的最常用工艺，利用热压罐内部的高温压缩气体产生压力对复合材料预浸料进行加热、加压以完成固化成型。由于航空航天用的先进树脂基碳纤维增强复合材料在固化时一般都需要较高的温度和固化压力来减少固化过程中材料内部产生的缺陷，以保证固化后复合材料制件的质量，因此，热压罐固化成型工艺可以很好的满足此类高性能复合材料制件的成型需要。

热压罐系统通常由罐体系统、加压系统、加热系统、冷却系统、真空系统、控制系统等构成。罐体系统分为内筒和外筒，加热、冷却系统位于内外筒之间，在最高使用温度下罐外表温度不得大于60℃，升温速率通常为1-5℃/min可调，冷却系统采用循环水冷却，降温速率通常为0.5-5℃/min可调；热压罐内压力通常可达1.5-2.5MPa，并设置有安全防爆装置；真空系统使制品与模具之间形成一定的真空度，以便罐内压力作用到制品上；控制系统配备有温度、压力、真空度的指示和记录仪表。

热压罐工艺是通过加热罐内空气进而对制件进行由外而内的加热，虽然通过加热系统、加压系统以及鼓风系统的配合作用使得罐内的空气和压力相对均匀，但是在加热固化时，热量由材料外部向内部传递时，会在材料内部产生温度分布不均，进而使得固化程度不均匀，在材料内部产生较大的内应力，影响制件的成形质量。

同时，由于热压罐结构复杂、系统庞大，属于高压压力容器，因此投资建造所需要的费用较高；不仅如此，其生产效率低且能耗巨大，设备制造和运行成本高昂等一些缺点，限制了热压罐成型工艺的发展甚至成为制约复合材料广泛应用的瓶颈，因此，亟需发展一种低成本的复合材料固化技术及相应的设备。

微波具有选择性加热、加热速度快、加热均匀、穿透性强、热惯性小、节能环保等优点。作为一种新型的复合材料固化工艺，微波固化工艺的升温速率得到了很大程度的提高，通常可在5℃/min以上，因此能显著减少固化时间，降低生产成本，具有巨大的发展潜力。

由于微波固化工艺采用的高升温速率明显减少了复合材料制件的成型时间，在限制材料内部夹杂的空气排出的同时也造成了树脂与纤维之间的浸渍不完全，使得成型后的复合材料内部存在大量的孔隙，削弱了树脂与纤维之间的界面结合性能；同时，由于复合材料本身属于热的不良导体，采用微波加热复合材料极有可能由于微波场的分布不均匀造成待成型的制件局部温度过高进而产生“热点”，局部温度过低导致复合材料固化不完全，使得采用此工艺固化成型得到的复合材料制件的性能和质量远逊与采用热压罐工艺所得的制件，限制了该工艺在工程上的广泛应用。