[发明专利]三维间隔连体织物增强树脂基复合材料的固化方法及固化用的微波炉

说明书

 

技术领域

本发明涉及三维间隔连体织物增强树脂复合材料构件的加工方法及相配套的微波炉,本发明应用于加工三维间隔连体织物增强的树脂基复合材料构件。

背景技术

轻量化是复合材料发展的重要趋势，常用的轻质复合材料多为蜂窝夹芯结构和泡沫夹芯结构，这些夹芯结构复合材料具有良好的轻质高强特性，得到了大量的应用。然而传统夹层结构复合材料都是采用胶接的方式将蒙皮与芯材复合，因此使用过程中常发生面层与芯材脱黏问题，特别是湿热及紫外辐射环境下易导致其强度和刚度下降.三维间隔连体织物复合材料（国外称之为三明治结构(3-d sandwich structure），三维中空织物)是一种新型的夹层结构纺织复合材料，其增强基材为三维机织整体中空织物，是利用特殊三维机织工艺，将纤维联结成厚度方向具有纤维增强的特种织物，即织物的纤维面板与芯材交织联结在一起，面板和芯材纤维为整体连接，中空织物经树脂复合后直接形成三维整体中空结构。

整体中空复合材料与传统夹层材料相比有四大优点：(1)面板和芯层一次成型，织造效率高。(2) 克服了传统的夹层材料如蜂窝、泡沫夹层复合材料易分层、不耐冲击的弱点。(3)夹芯层空间可以为设置预埋件、监视探头、光纤、导线等提供空间。(4)  材料具有优良的保温、隔热性能。目前该种材料的使用范围越来越广,在很多行业已经能够取代传统蜂窝夹层结构复合材料。但在制造该种复合材料构件过程中仍然存在一些问题。比如,由于整体中空复合材料的面板（毛面）在复合过程中由于重力的作用使得树脂流失现象比较严重，聚集的树脂相对较少，一定程度影响了材料的拉伸和侧向压缩性能，如何改进树脂体系，增强树脂体系的触变性，使毛面聚集更多的树脂将是一个亟待解决的问题。此外，传统方法制造三维间隔连体织物增强复合材料构件时构件的芯柱不容易保持直立 ,从而影响复合材料构件的力学性能;三维间隔连体织物增强复合材料构件厚度较厚时,传统的热炉加热效率比较低,耗费时间长,加热不均匀,导致固化不均匀。

 发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新颖的三维间隔连体织物增强树脂基复合材料的固化方法，该方法在高压氮气或惰性气体环境下以微波加热并固化处于运动状态的复合材料预成型体，提高了复合材料预制件的质量和性能。此外，本发明还提供了使复合材料预成型体非常方便地处于运动状态的专用微波炉。

本发明所述的一种三维间隔连体织物增强树脂基复合材料的固化方法，其包括以下步骤：

1）按照合适的尺寸裁剪三维间隔连体织物和面层用玻璃纤维布，并使面层用玻璃纤维布粘附在三维间隔连体织物上下两侧，形成预成型体。三维间隔连体织物包括玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维等高透波纤维。

2) 称量预成型体的重量，配制相应重量的树脂胶液，通过浸渍工艺实现树脂胶液对预成型体的浸渍；浸渍工艺包括手糊工艺或真空辅助成工艺或协同使用手糊、真空辅助成工艺实现。

3)在浸渍透的预成型体中插入涂有脱模剂的高导热透波陶瓷条, 高导热透波陶瓷条的上下表面与织物的上下面层保持接触；保证浸渍树脂后的织物的芯柱能够在压力环境下还能较好地直立,并能减小三维中空织物上下面板固化时的温差。

4)将预成型体固定在模具上，并安装在微波炉内可翻转的支架上，将微波炉抽过真空后通入氮气或惰性气体并保持合适的压力。

5）启动微波炉对其中的预成型体进行均匀加热。

6）加热完成后，打开泄压阀释放罐体内压力，将固化好的预成型体移出微波炉外冷却，制备完成。

本发明采用在微波环境下固化树脂,缩短了固化时间,加上翻转支架的作用,改变树脂在重力作用下的单向流动,减轻了上表面面板缺少树脂呈现毛面而下表面面板富含树脂呈现光面的现象。微波加热是从复合材料构件内外同时加热,该特性使得复合材料构件可以均匀固化,而且可以轻松高速效地加热传统热炉很难加热的大厚度制件。

在步骤2）配制树脂胶液过程中，在胶液中添加重量为树脂重量的0.5-2%的低密度高吸波率添加剂以提高微波对树脂的加热性能,并通过超声振动确保添加剂在树脂中分布均匀,之后再对树脂进行脱气。作为优选的材料，所述低密度高吸波率添加剂为磨碎的碳纤维或石墨纤维。

添加低密度高吸波率添加剂可以起到以下作用：

1.增加微波与复合材料的耦合,提高微波炉功率的利用率 ,可实现用较小的功率就能较快地加热复合材料,从而实现加热时间的缩短和能量的节省。