微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103587130103587130A(43)申请公布日2014.02.19(21)申请号201310480686.4(22)申请日2013.10.15(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人李迎光李楠垭袁蕾姜昱曾雪妮董自瑞王经纬(74)专利代理机构南京天华专利代理有限责任公司32218代理人瞿网兰(51)Int.Cl.B29C70/54(2006.01)B29C35/08(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书7页说明书7页附图2页附图2页(54)发明名称微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法及装置(57)摘要一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法与装置。功率线性可调的微波源产生微波后由波导导入谐振腔体，穿透并加热复合材料，使其快速固化成型。装置采用先进的八边形微波模谐振腔体结构实现装置内电磁场的均匀性.采用自动阻抗匹配系统减少反射波对微波源的干扰，实现微波功率的最佳传输。微波炉八边形多模谐振腔的内侧壁上布置真空管接头和温度传感器，谐振腔内放置玻璃工作台，通过步进电机控制滚珠丝杠转动来控制工作台的前后运动。装置采用扼流槽防止微波外泄。本发明解决了传统热压罐成型方法制造纤维增强复合材料时间长、能耗高、受热不均的问题，节约固化时间，提高复合材料构件的质量和性能。CN103587130ACN103587ACN103587130A权利要求书1/2页1.一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法，其特征是采用功率线性可调的微波源产生微波，微波经过自动阻抗匹配系统调整后通过波导和裂缝天线均匀稳定地进入八边形多模谐振腔，加热放置于八边形多模谐振腔中玻璃板上的纤维增强树脂基复合材料构件；复合材料构件铺放在涂有脱模剂的复合材料模具表面，在复合材料构件表面覆盖脱模布、透气毡、隔离膜以及真空袋并用真空胶带密封；固化时，按工艺规程抽真空，并在模具上贴上温度传感装置，测量的温度反馈到控制系统，与工艺曲线比对，实时调整微波加热温度；通过八边形多模谐振腔和自动阻抗匹配系统实现加热区内电磁场的均匀性和负载稳定，保证复合材料构件固化温度分布均匀；同时，通过温度传感器实时测量复合材料构件的固化温度，保证固化过程的可控性；复合材料构件固化成型后，直接取出复合材料构件，在外部冷却至室温。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的复合材料模具为碳纤维增强复合材料模具、玻璃纤维增强复合材料模具、陶瓷材料模具、石英材料模具、耐高温水泥材料模具或耐高温石膏材料模具中的一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的功率线性可调的微波加热源的微波的频率范围包括：300MHz至300GHZ，微波频率固定不变或按1-20MHz的范围线性或非线性变化；微波的功率按腔体的大小和加热介质的升温工艺要求，可在0至最大功率之间线性调节；进入八边形多模谐振腔中的微波包括TEM波，TE波，TM波中的一种或多种；所述的微波源由可控自耦变压器与磁控管组成，或由信号发生器与微波放大器组成。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的纤维增强树脂基复合材料，由预浸料在复合材料模具上一层一层铺叠而成，铺放方向各不相同；纤维增强用的纤维增强体包括连续的碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或硼纤维，或短切的碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维中的一种或多种混合；树脂基体包括：酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或其改性树脂。5.根据权利要求1所述的方法，其特征是在八边形微波多模谐振腔的表面设有能有效抵消微波、减少微波外泄的扼流槽，扼流槽的槽深为四分之一个微波波长。6.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的自动阻抗匹配系统由计算机控制步进电机驱动，通过控制阻抗匹配器中销钉的位置，进而调整阻抗的大小，控制波导的微波变化，在与八边形微波多模谐振腔体结构的共同作用下，使炉腔内的微波分布均匀，负载稳定，从而保证加热微波均匀稳定。7.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的温度传感装置包括热电偶、热敏电阻、红外传感器、光纤荧光传感器和光纤光栅传感器中的一种或多种。8.一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的装置，其特征是它包括：载物玻璃板（1），真空管接口（2），扼流槽（3），裂缝天线（4），炉体（5），温度传感器接头（6），温度控制面板（7），操作面板（8），炉门（9），滚珠丝杠（10），步进电机（11），PLC（12），冷却水入口（13），冷却水出口（18），微波发生源（19），微波传输线（20），阻抗匹配器（21），矩形波导装置（22）和八边形多模谐振腔（23），所述的八边形多模谐振腔（23）安装在炉体（5）内，八边形多模谐振腔（23