一种柔性复合材料及其原位固化系统和固化方法技术方案

本发明专利技术涉及微波加热技术领域，具体涉及一种柔性复合材料及其原位固化系统和固化方法。本发明专利技术所提供的柔性复合材料中具有待固化材料或待固化CFRP层，且该柔性复合材料整体具有挠性以便折叠，其中，所述待固化材料或待固化CFRP层可在有微波输入的条件下受热固化为刚性固体，从而可实现该种柔性复合材料的原位固化，从而解决现有技术中存在的缺陷。从而解决现有技术中存在的缺陷。从而解决现有技术中存在的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性复合材料及其原位固化系统和固化方法


[0001]本专利技术涉及微波加热
，尤其涉及一种柔性复合材料及其原位固化系统和固化方法。

技术介绍

[0002]常见的无人机类型一般包括多旋翼无人机以及固定翼无人机，其起飞方式一般为垂直起飞或通过跑道助飞，而在军用无人机领域，无人机还拥有其他多种起飞方式，如管式发射、手抛发射、弹射发射、母机携带空中发射等。例如，管式发射无人机是一种由发射筒发射、可快速部署到目标区域，在目标区上方巡弋飞行以执行侦察任务的新型装备。常见的管式发射无人机柔性机翼通常采用刚性折叠机翼或柔性机翼两种设计方案，其中，刚性折叠翼通过机械解闭锁和联动机构展开，具有刚性强、动作可靠、控制简单等优点，但由于刚性折叠翼占用弹体空间相对较大，而无人机折叠翼出于气动性能的常选择采用薄翼型，因而刚度、颤振等问题比较突出，反之，柔性机翼能比较好地解决上述刚性机翼的问题，除了在伸展前占用空间小的特点之外，其所采用的特殊机翼材质和结构还具有高强度、高韧度、质量轻以及迅速的形状恢复能力等优点，因而，柔性机翼无人机往往具有体积小、重量轻、抗高过载的特点。例如，文献号为CN110371283B的中国专利技术专利提供的一种智能柔性充气式机翼无人机结构，其采用柔性充气式机翼，该种柔性充气式机翼可在高压充气条件下快速展开，在满足无人机使用性能需求的条件下，极大地弥补了固定翼无人机的缺陷，更好地发挥了智能无人机性能，但该种柔性充气式机翼的缺点也很明显，包括容易漏气、空气动力性能差、展弦比受制于柔性机翼载荷等。
[0003]随着无人机技术发展，碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)是以碳纤维或石墨纤维或其制品为增强体的聚合物基复合材料，包括CFRP在内的热固型碳纤维复合材料已经广泛应用于如飞机或无人机机身、机翼、壁板、整流罩、地板等各类部件的外表面或内部以替代金属材料，从而减轻飞机或无人机的整体重量。然而，固化或固结是制造类似CFRP材料组件的重要过程，其中树脂基体在特定温度下固化以从粘性状态变为固态。目前，对上述热固型碳纤维复合材料的主流固化方式是基于对流或传导加热的热固化，而热固化一般采用烘箱、高压釜对CFRP预制件进行处理。例如，文献号为CN112399917A的中国专利技术专利申请公开了一种CFRP片材、使用CFRP片材的层叠体及CFRP片材的制造方法，其采用了热压方式进行制造。该种固化方式是从CFRP表层开始固化，由于树脂材料的导热性能差，且极易导致内外固化强度不一的问题，可进一步导致材料发生形变、分层甚至是折断，尤其是对于飞行器的机翼部分，由于无法满足飞行动力学需求，该种固化缺陷是不可接受的。
[0004]微波加热与传统加热不同，微波加热是电磁波以高频电磁振荡的形式将微波能量传递到被加热物体内部，由于微波加热具有加热速度快以及实现体积加热的优势，已成为加工高质量和高效率复合产品的一种很有前景的替代方法。如文献号为CN103587130A的中国专利技术专利公开了一种微波固化纤维增强树脂基复合材料构件的方法及装置，该装置采用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，该装置采用八边形微波模谐振腔体结构实现装置内电磁场的均匀性，但该种设备的缺陷在于设备体积大、质量重，仅能对材料即工件进行预先固化后再行组装。而采用可折叠的超薄CFRP柔性机翼的无人机在空中展开后，需要对其进行快速、均匀的钢化才能投入使用，因此，目前仍然采用热固化形式，限制了该类无人机的应用。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种柔性复合材料及其原位固化系统和固化方法，以解决现有技术中的存在的缺陷。
[0006]为达到上述技术效果，本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种柔性复合材料，包括：
[0008]微波辐射层，所述微波辐射层用于辐射微波能量；
[0009]导体层，所述导体层与微波辐射层之间形成谐振间隙，且所述导体层在面向所述微波辐射层的一侧设有贴附侧，所述谐振间隙可供容置待固化材料且所述待固化材料的一侧可与所述贴附侧贴合，所述待固化材料为热固性非刚性材料且可在有微波输入的条件下受热固化为刚性固体。
[0010]需要说明的是，此处所指“热固性非刚性材料”具有“非刚性”特征和“热固性”特征，具体而言，“非刚性”特征是指其在微波输入前的状态，此时，其为具有一定流动度的流体或是不能自由流动的“弹性或挠性固体”，且该“弹性或挠性固体”整体具有较大的挠性以使得该柔性复合材料可实现折叠和较大幅度的弯曲，当该“非刚性材料”为具有一定流动度的流体时，由于其一侧设有导体层，该导体层的设置可避免上述非刚性材料的泄漏。而“热固性”特征是指该待固化材料在微波输入条件下可受热并可转变为刚性状态，即实现“固化”。
[0011]同时，还需要说明的是，上述“待固化材料”可以是导体也可以是非导体。
[0012]优选地，所述导体层大致平行于所述微波辐射层。
[0013]优选地，所述微波辐射层和导体层均具挠性，以使得该微波辐射层和导体层复合形成的柔性复合材料可折叠。
[0014]可选地，所述导体层可为由基材和金属镀层组成的复合结构，所述金属镀层设置在靠近所述微波辐射层的一侧，且该金属镀层可通过电镀、磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积等任何已知方式进行加工；优选地，所述金属镀层的厚度为1um～200um，优选为5um～50um。优选地，所述基材为柔性基材，如采用柔性树脂材料。
[0015]可选地，所述导体层整体或金属镀层由铜、铁、锡或金等任意一种或多种金属材料制成。
[0016]进一步地，所述柔性复合材料还包括保温层，所述保温层具有第一贴附面和第二贴附面，所述第一贴附面可与所述微波辐射层贴合，所述第二贴附面与所述导体层之间形成固化间隙，所述固化间隙可供容置待固化材料，所述待固化材料为热固性非刚性材料，且所述待固化材料可在有微波输入的条件下受热固化为刚性固体。
[0017]优选地，所述微波辐射层、保温层以及导体层均具挠性，以使得该微波辐射层、保温层以及导体层复合形成的柔性复合材料可折叠。
[0018]进一步地，所述微波辐射层由若干呈规则阵列分布的辐射单元组成，每个所述辐
射单元上均开设有用于供微波馈入的同轴馈口。
[0019]更进一步地，所述辐射单元包括介质基板和分设于所述介质基板两侧的金属地和金属贴片，所述金属地设于远离所述导体层的一侧，且所述金属地的投影面积大于所述金属贴片的投影面积。
[0020]更进一步地，所述同轴馈口设于所述金属地的一侧，且所述同轴馈口的深度至少贯穿所述金属地和介质基板，以便于微波能量的馈入。
[0021]进一步地，所述金属贴片的几何中心设有贯穿所述金属贴片的开槽结构。
[0022]第二方面，本专利技术还提供另一种区别于第一方面的柔性复合材料，该柔性复合材料包括：
[0023]微波辐射层，所述微波辐射层用于辐射微波能量；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性复合材料，其特征在于，包括：微波辐射层，所述微波辐射层由若干呈规则阵列分布的辐射单元组成，每个所述辐射单元上均开设有用于供微波馈入的同轴馈口；导体层，所述导体层与微波辐射层之间形成谐振间隙，且所述导体层在面向所述微波辐射层的一侧设有贴附侧，所述谐振间隙可供容置待固化材料且所述待固化材料的一侧可与所述贴附侧贴合，所述待固化材料为热固性非刚性材料且可在有微波输入的条件下受热固化为刚性固体。2.如权利要求1所述的一种柔性复合材料，其特征在于：还包括保温层，所述保温层具有第一贴附面和第二贴附面，所述第一贴附面可与所述微波辐射层贴合，所述第二贴附面与所述导体层之间形成固化间隙，所述固化间隙可供容置待固化材料。3.一种柔性复合材料，其特征在于，包括：微波辐射层，所述微波辐射层由若干呈规则阵列分布的辐射单元组成，每个所述辐射单元上均开设有用于供微波馈入的同轴馈口；待固化CFRP层，所述待固化CFRP层与微波辐射层之间形成保温间隙，所述保温间隙内填充有保温材料，所述保温材料形成保温层。4.如权利要求3所述的一种柔性复合材料，其特征在于：所述待固化CFRP层包括热固性树脂基质和骨架材料，所述骨架材料至少包括碳纤维材料。5.如权利要求1～4任意一项所述的一种柔性复合材料，其特征在于：所述辐射单元包括介质基板和分设于所述介质基板两侧的金属地和金属贴片，所述金属地设于远离所述导体层的一侧，且所述金属地的投影面积大于所述金属贴片的投影面积。6.如权利要求5所述的一种柔性复合材料，其特征在于：所述金属贴片的几何中心均设有贯穿所述金属贴片的开槽结构。7.一种柔性复合材料原位固化系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱铧丞，杨阳，王策，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：