一种复合材料的固化方法技术

本发明专利技术提供一种复合材料的固化方法，包括振动预处理和低压微波固化，其中：振动预处理具体是：将待加工的复合材料制件进行振动处理得到预处理后的复合材料制件；低压微波固化具体是：将预处理后的复合材料制件在低压及微波条件下进行固化；复合材料制件在振动预处理过程和低压微波固化过程中均进行固化。应用本发明专利技术的技术方案，效果是：本发明专利技术采用振动预处理和低压微波固化的结合，使得最后的复合材料制件基本能够达到现有技术中高压条件下效果，在保证复合材料制件质量和性能优良的同时，降低成型过程中所需要的压力以及缩短固化时间，进而减少生产成本及提高安全系数。

A Curing Method of Composite Materials

The invention provides a curing method of composite materials, including vibration pretreatment and low-pressure microwave curing, in which: vibration pretreatment is specifically: vibration treatment of the composite materials to be processed to obtain the composite materials after pretreatment; low-pressure microwave curing is specifically: curing the composite materials after pretreatment under low-pressure and microwave conditions; and composite manufacturing. The parts were cured in the process of vibration pretreatment and low-pressure microwave curing. The technical scheme of the invention has the effect that the combination of vibration pretreatment and low-pressure microwave curing can basically achieve the effect of high-pressure in the existing technology, while ensuring the quality and performance of the composite parts, reducing the pressure required in the forming process and curing time, thereby reducing the production cost. And improve the safety factor.

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料的固化方法
本专利技术涉及复合材料
，特别地，涉及一种复合材料的固化方法。
技术介绍
复合材料相比于金属材料，具有更高的比强度和比模量，同时兼具优良的抗疲劳性能，是应用于航空航天等高新领域的理想材料，但是由于其成型过程复杂、成型后制件的质量难以保证，限制了该材料的广泛应用。目前，最为成熟的复合材料成型工艺为热压罐工艺。热压罐工艺是通过热传导、热对流、热辐射三种传热方式对制件进行由外而内的加热方式，尽管在加热过程中，热压罐内的空气温度及固化压力相对均匀，但是由于复合材料是热的不良导体，在加热固化时当热量由材料外部向内部传递时，会在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，因此产生较大的内应力，进而影响制件的整体质量。微波固化工艺作为一种新的固化技术，以其高效、节能、环保的显著优势引起了国内外众多研究团队的关注。该工艺是将待加热的制件置于微波场中，在外加电磁场的作用下使制件内部介质发生极化，构成待固化制件内部的功率耗散，将微波能转化成热能。微波固化工艺的加热方式属于“分子内”加热，不需要加热材料周围的空气，而是直接将微波辐射至复合材料表面，同时穿透材料，实现材料内外同时均匀加热。同时，相比于传统的热压罐工艺，微波固化工艺的升温速率有很大的提高，通常在5℃/min之上，因此可以很大程度的提高生产效率。但是，微波固化工艺的高升温速率大大减少了复合材料制件的成型时间，限制了制件内部空气的排出，进而导致微波固化工艺所得到的复合材料制件的性能和质量远逊与采用传统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。关于复合材料微波固化成型工艺，国内外众多研究团队已展开了大量研究，并取得了丰硕的成果。如中国专利申请CN201310480686设计了一种采用微波工艺固化纤维增强树脂基复合材料构建的装置，该装置采用的微波源线性可调，通过步进电机控制滚珠丝杠转动进而控制工作台前后运动，利用八边形微波模谐振腔体结构来实现内部电磁场的均匀性；中国专利申请CN201310480701、CN201610027791、CN20161003557、CN201610025303等文件中公开了使用热压罐与微波结合用于加热固化复合材料的技术，采用微波对制件进行快速加热，使用热压罐施加高压，能基本实现对复合材料制件的均匀性加热，进而提高制件的质量和性能。但是对于微波高压固化工艺，虽然能体现出微波固化带来的高效率优势，但是一定程度上提高了生产制造成本，同时还存在一定的安全隐患。因此，设计一种快速高效、操作方便、安全系数高、加工成本低且能够确保复合材料制件质量的复合材料的固化方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合材料的固化方法，在保证复合材料制件质量和性能优良的同时，降低成型过程中所需要的固化压力，缩短固化时间，进而减少生产成本、提高安全系数。具体方案如下：一种复合材料的固化方法，包括振动预处理和低压微波固化；振动预处理具体是：将待加工的复合材料制件进行振动处理得到预处理后的复合材料制件，其中：振动加速度为5g-20g，g＝9.8m/s；低压微波固化具体是：将预处理后的复合材料制件在低压及微波条件下进行固化，其中：压力为0.1-0.4Mpa；复合材料制件在振动预处理过程和低压微波固化过程中均进行固化。以上技术方案中优选的，所述振动处理中：温度由室温升温至75℃-95℃，优选75℃-85℃，更优选75℃-80℃；升温速率为0.5-5.0℃/min，优选1-3℃/min，更优选1.0-1.5℃/min；保温时间为10-60min，优选20-40min，更优选25-30min。以上技术方案中优选的，所述振动预处理过程中待加工的复合材料制件采用单向铺层方式。以上技术方案中优选的，微波加热的升温速率为1.5-10℃/min，优选3-8℃/min，更优选3-6℃/min；由室温升温至120℃-250℃，优选150℃-200℃，更优选165℃-185℃；保温60-200min，优选100-180min，更优选120-150min。以上技术方案中优选的，低压微波固化中：微波设备的微波发生器功率线性可调，调节范围在0-4000W之间，磁控管的工作电压为3000V-5000V，功率范围为250-1350W；微波发射功率通过改变磁控管电压进行无极调节，对于在0-250W范围内的功率调节，通过调节占空比的方式对微波设备的平均输出功率进行调节，补偿功率为10-100W；优选，初始功率为100W，补偿功率为10-20W。以上技术方案中优选的，所述振动加速度为5g-18g，优选振动加速度为6g-15g，更优选振动加速度为8g-10g。以上技术方案中优选的，所述压力为0.1-0.4Mpa，优选0.1-0.3MPa，更优选0.1-0.2MPa。应用本专利技术的技术方案，效果是：1、本专利技术采用振动预处理和低压微波固化的结合，使得最后的复合材料制件基本能够达到现有技术中高压条件下效果，在保证复合材料制件质量和性能优良的同时，降低成型过程中所需要的压力、缩短固化时间，进而减少生产成本、提高安全系数。2、本专利技术中振动预处理非常关键，随机振动产生的作用力，可以限制孔隙的生长甚至压溃孔隙，但是孔隙率并没有随着随机振动加速度的增加而减少，而是呈现非线性趋势，主要是随机振动提供的频率是连续的而不是离散的，在随机振动提供的主要频率范围接近制件系统频率，当该频率接近系统的共振频率时会对压力幅值有放大作用，促使孔隙的溶解；同时，当随机振动提供的频率接近系统频率时，随机振动提供能量将会增加，有利于降低树脂的粘度，增加气泡逃逸的速度，从而为后续微波固化打下基础，因此，本专利技术中振动预处理的设计直接影响后续微波固化效果。3、压力对复合材料的固化成型是一个非常重要的参数，一般认为，压力可以有效压实复合材料的预浸料铺层，提高制件的质量，因此，现有的成熟工艺中多采用在高压下对复合材料进行成型制造。但是，对复合材料在高压下进行制造会大大提高生产成本、增加生产过程中的安全隐患。本专利技术因前期采用振动预处理步骤，使得后续微波固化能够在低压条件下完成，确保复合材料制件质量和性能优良。4、升温速率对复合材料构件的成型质量有很大影响。由于热压罐固化工艺特有的加热原理，其固化过程中升温速率一般不超过3℃/min，以1.5-2℃/min最为常用，过高的升温速率会导致在材料内部产生较大的温度梯度，造成沿厚度方向上固化度差别较大，使树脂很难均匀和完全固化，因此产生较大的内应力，进而使制件整体质量难以达到预期要求。微波固化由于其独特的“分子内”加热原理以及不同于热压罐固化工艺的设备，在加热过程中不需要加热材料周围的空气，而是直接将微波辐射至复合材料表面，同时穿透材料，实现材料内外同时均匀加热，可使得固化过程中的升温速率得到明显提高的同时保证制件温度场的均匀性，但是由于升温速率过快导致制件内部缺陷无法完全消除进而使得制件性能无法与热压罐成型工艺所得制件相比，限制了微波工艺的广泛应用。本专利技术在微波工艺的基础上加以改进，增加了振动预处理步骤，使得在对制件进行微波固化过程中可以采用较高的升温速率，同时保证成型后制件质量和性能优良。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料的固化方法，其特征在于：包括振动预处理和低压微波固化；振动预处理具体是：将待加工的复合材料制件进行振动处理得到预处理后的复合材料制件，其中：振动加速度为5g‑20g，g＝9.8m/s；低压微波固化具体是：将预处理后的复合材料制件在低压及微波条件下进行固化，其中：压力为0.1‑0.4Mpa；复合材料制件在振动预处理过程和低压微波固化过程中均进行固化。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料的固化方法，其特征在于：包括振动预处理和低压微波固化；振动预处理具体是：将待加工的复合材料制件进行振动处理得到预处理后的复合材料制件，其中：振动加速度为5g-20g，g＝9.8m/s；低压微波固化具体是：将预处理后的复合材料制件在低压及微波条件下进行固化，其中：压力为0.1-0.4Mpa；复合材料制件在振动预处理过程和低压微波固化过程中均进行固化。2.根据权利要求1所述的复合材料的固化方法，其特征在于：所述振动处理中：温度由室温升温至75℃-95℃，优选75℃-85℃，更优选75℃-80℃；升温速率为0.5-5.0℃/min，优选1-3℃/min，更优选1.0-1.5℃/min；保温时间为10-60min，优选20-40min，更优选25-30min。3.根据权利要求2所述的复合材料的固化方法，其特征在于：所述振动预处理过程中待加工的复合材料制件采用单向铺层方式。4.根据权利要求1所述的复合材料的固化方法，其特征在于：微波加热的升温速率为1.5-10℃/min，优选3-8℃/min，更...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛利华，关成龙，杨晓波，蒋成标，戴光明，刘桂铭，胡健，常腾飞，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43