一种提高碳纤维预浸料加热均匀性的微波固化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种提高碳纤维预浸料加热均匀性的微波固化装置及方法，属于复合材料固化成形技术领域。所述装置包括微波加热装置和三维运动装置，微波加热装置包括圆柱形微波腔，圆柱形微波腔外部的左右两侧均设有磁控管；三维运动装置设置于圆柱形微波腔内。本发明专利技术采用磁控管向圆柱形微波腔内发送微波，避免了微波在复杂传输系统中经过多次反射造成的能量损失，提高了微波能的使用效率；通过设置三维运动装置，使碳纤维预浸料在微波腔内进行三维运动，实现了碳纤维预浸料的动态固化，提高固化均匀性及固化效果。高固化均匀性及固化效果。高固化均匀性及固化效果。

【技术实现步骤摘要】
一种提高碳纤维预浸料加热均匀性的微波固化装置及方法


[0001]本专利技术属于复合材料固化成形
，具体涉及一种提高碳纤维预浸料加热均匀性的微波固化装置及方法。

技术介绍

[0002]目前，热压罐成型是制备高性能碳纤维复合材料的主要工艺。但是由于空气的热传导率低，并且复合材料构件固化过程中对厚度方向上的温度均匀性有很高要求，使得热压罐成型工艺存在工艺控制性差、固化时间长、能耗高的局限性。
[0003]微波加热作为一种新型的加热方式，有着选择性加热、加热速度快、能量原位转化、热惯性小等优点，将微波加热技术应用到碳纤维复合材料固化过程中，有望克服热压罐的局限性。尽管国内外研究人员已在碳纤维复合材料微波固化领域开展了大量的研究，并取得了丰硕的成果，但是目前还没有将该技术成功应用到工业生产中。如中国专利公开文献CN104139532A提供一种微波
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压力固化复合材料的温度均匀分布方法及成套固化装置，该专利技术在热压罐内部安装了特殊形状的微波谐振腔来改善微波场分布的均匀性，并结合常规热压罐高压热风加热，利用微波
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热风复合加热的方法来改善复合材料加热的均匀性。中国专利公开文献CN105666895A、CN105666896A、CN106945307A也提出了类似的设计，将微波谐振腔整体安装在热压罐内，并设计了微波屏蔽装置来达到微波定向加热复材特定区域的目的；中国专利公开文献CN109367055A在前三个专利的基础上在微波腔体内添加了振动台，以降低复合材料内部的孔隙率。
[0004]但是使用上述装置或方法对碳纤维复合材料进行加热固化时，都在一定程度上削弱了微波能的利用率。上述装置使用了裂缝式天线馈入微波或者布置了微波局部屏蔽件，虽然两种技术都可以达到微波定向加热的目的，但是都会导致微波在传输过程中被大量反射而无法到达被加热的碳纤维复合材料，从而造成了微波能的浪费，降低了能量利用率。总结大量已有的研究成果，微波加热碳纤维复合材料的技术难点主要在于复合材料上“冷点”和“热点”的产生，因此，本领域需要针对这种情况开发一种高效利用微波能且能均匀加热碳纤维复合材料的加热装置及微波加热方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种提高碳纤维预浸料加热均匀性的微波固化装置及方法，能够使碳纤维预浸料在微波腔内进行三维运动，实现了碳纤维预浸料的动态固化，提高固化均匀性及固化效果。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术的第一个方面，提供一种提高碳纤维预浸料加热均匀性的微波固化装置，所述装置包括微波加热装置和三维运动装置，
[0008]所述微波加热装置包括圆柱形微波腔，圆柱形微波腔外部的左右两侧均设有磁控管；
[0009]所述三维运动装置设置于圆柱形微波腔内。
[0010]本专利技术的进一步改进在于：
[0011]圆柱形微波腔的一侧安装有三个磁控管，其排布方式为倒置的三角形；
[0012]圆柱形微波腔的另一侧安装有三个磁控管，其排布方式为水平放置的三角形。
[0013]本专利技术的进一步改进在于：
[0014]每个磁控管的底部均固定连接有一个方形波导管，方形波导管与圆柱形微波腔固接，且其中一端伸入圆柱形微波腔内部。
[0015]本专利技术的进一步改进在于：
[0016]在圆柱形微波腔的左右两侧壁面上开孔，然后在开孔的位置焊接方形波导管，所述方形波导管的一端伸入圆柱形微波腔内部，另一端在圆柱形微波腔外，通过方形波导管将磁控管产生的微波传输至圆柱形微波腔内。
[0017]本专利技术的进一步改进在于：
[0018]所述三维运动装置包括滑动设置于圆柱形微波腔底部的往复支架，往复支架的顶部转动连接有旋转框架。
[0019]本专利技术的进一步改进在于：
[0020]圆柱形微波腔内底部铺设有两个导轨，两个导轨相互平行设置，且两个导轨均与圆柱形微波腔的中心轴线相平行；
[0021]往复支架底部的左右两侧均设有至少一个滚轮，滚轮设置于导轨内。
[0022]本专利技术的进一步改进在于：
[0023]往复支架上连接有往复电机；
[0024]往复支架的底部中间位置设置有齿条，往复电机通过联轴器连接有齿轮，齿轮与齿条啮合；
[0025]往复电机位于圆柱形微波腔的外部。
[0026]本专利技术的进一步改进在于：
[0027]旋转框架的旋转轴与圆柱形微波腔的圆柱中心轴线平行，旋转框架的一端连接轴承，轴承通过轴承套固定连接在往复支架上，旋转框架的另一端通过联轴器与减速机连接，减速机与旋转电机连接；
[0028]所述旋转电机固定安装在往复支架的顶部。
[0029]本专利技术的进一步改进在于：
[0030]所述微波固化装置还包括测温装置，所述测温装置包括光纤测温探针和荧光光纤，光纤测温探针位于圆柱形微波腔内，所述荧光光纤一端与光纤测温探针连接，另一端引出至所述圆柱形微波腔外，并与温度解调仪连接。
[0031]本专利技术的进一步改进在于：
[0032]所述微波固化装置还包括真空发生装置，所述真空发生装置包括真空泵和与真空泵连接的真空管，真空泵设置于圆柱形微波腔外，真空管的一端与真空泵连接，另一端穿入圆柱形微波腔内。
[0033]本专利技术的进一步改进在于：
[0034]所述微波固化装置还包括往复运动控制系统和PID控制系统；
[0035]往复运动控制系统与往复电机通过导线连接；
[0036]PID控制系统分别与旋转电机和磁控管通过导线连接；
[0037]PID控制系统与温度解调仪是通过光纤连接。
[0038]本专利技术的第二个方面，提供一种提高碳纤维预浸料加热均匀性的微波固化方法，采用上述微波固化装置对碳纤维预浸料进行固化。
[0039]本专利技术的进一步改进在于：
[0040]所述微波固化方法，具体包括以下步骤：
[0041]将铺设好的碳纤维预浸料放置在模具上，使用密封胶将真空管连接在模具上，并用真空袋封装碳纤维预浸料和真空管的抽气嘴部分，用真空泵对真空袋内抽真空；
[0042]然后将模具可拆卸的安装在旋转框架上，调整单个磁控管的输出功率在100W～200W之间，开启往复电机和旋转电机，使得碳纤维预浸料在圆柱形微波腔内同时进行往复旋转及往复线性运动，实现对碳纤维预浸料的动态固化。
[0043]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0044]1、本专利技术提供的装置采用微波能作为唯一的热源对碳纤维预浸料进行整体加热，直接使用波导将磁控管发出的微波传输至微波腔体中，避免了微波在复杂传输系统中经过多次反射造成的能量损失，提高了微波能的使用效率。
[0045]2、本专利技术提供的装置通过设计波导馈口的位置、微波腔体尺寸和形状，使得微波在腔体内经过多次漫反射后形成一个能量分布均匀的微波场，并且结合被加热碳纤维预浸料的三维运动，不断改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高碳纤维预浸料加热均匀性的微波固化装置，其特征在于，所述装置包括微波加热装置和三维运动装置；所述微波加热装置包括圆柱形微波腔，所述圆柱形微波腔外部的左右两侧均设有磁控管；所述三维运动装置设置于圆柱形微波腔内。2.根据权利要求1所述的微波固化装置，其特征在于，所述圆柱形微波腔的一侧安装有三个磁控管，其排布方式为倒置的三角形；所述圆柱形微波腔的另一侧安装有三个磁控管，其排布方式为水平放置的三角形。3.根据权利要求2所述的微波固化装置，其特征在于，每个磁控管的底部均固接有一个方形波导管，所述方形波导管与所述圆柱形微波腔固定连接，且其中一端伸入所述圆柱形微波腔内部。4.根据权利要求3所述的微波固化装置，其特征在于，在所述圆柱形微波腔的左右两侧壁面上开孔，然后在开孔的位置焊接方形波导管，所述方形波导管的一端伸入圆柱形微波腔内部，另一端在圆柱形微波腔外，通过方形波导管将磁控管产生的微波传输至圆柱形微波腔内。5.根据权利要求4所述的微波固化装置，其特征在于，所述三维运动装置包括滑动设置于圆柱形微波腔底部的往复支架，所述往复支架的顶部转动连接有旋转框架。6.根据权利要求5所述的微波固化装置，其特征在于，所述圆柱形微波腔内的底部铺设有两个导轨，两个导轨相互平行设置，且两个导轨均与所述圆柱形微波腔的中心轴线相平行；所述往复支架底部的左右两侧均设有至少一个滚轮，所述滚轮设置于所述导轨内。7.根据权利要求6所述的微波固化装置，其特征在于，所述往复支架上连接有往复电机；所述往复支架的底部中间位置设置有齿条，所述往复电机通过联轴器连接有齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合；所述往复电机位于圆柱形微波腔的外部。8.根据权利要求7所述的微波固化装置，其特征在于，所述旋转框架的旋转轴与圆柱形微波腔的圆柱中心轴线平行，所述旋转框架的一端连接轴承，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志刚，郭胜惠，王贺团，陈楷华，陈静，李磊，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：