[发明专利]一种复合材料用微波固化装置及其固化方法

说明书

本发明的一种复合材料用微波固化装置及其固化方法，结构包括微波磁控管、微波腔、置物台、磁控管控制器、红外热成像仪、真空正负压袋和间接检测装置，微波腔为正n边形微波腔，n＝6或8，置物台放置于微波腔中心位置；微波腔采用双层结构，具体包括内壳和外壳。固化时，将置物台表面放入复合材料试样，关闭仓门后，开启微波磁控管进行顺次或对称分组加热；加热至试样温度匀速升温至玻璃化转变温度后，继续加热至试样温度达到Tg+5℃，固定Tg+5℃温度持续进行加热，至试样温度开始下降，固化反应完成，停止微波磁控管加热。该发明更易得到均匀微波电磁场，以周期内的均匀代替瞬时均匀，优于传统微波加热方式存在固化速度不均衡的情况。

技术领域：

本发明用于复合材料固化成型领域，具体涉及一种复合材料用微波固化装置及其固化方法。

背景技术：

目前，随着航空航天产业对轻型高性能材料需求的日益增长，以及民用对于产品生产效率提高的需求，一种新的可以满足效率、成本、性能的复合材料的生产工艺，有了更为坚实的需求基础。

在传统工艺中，主要采取热压罐技术对热固型树脂基复合材料进行固化处理，这需要长时间的较高温度的热固化过程，存在耗能高、生产效率低、热压罐成本高等问题。同时，热压罐技术加热方式加热树脂基材料时，因为较低的热导率存在冷中心现象，故不适用于较大较厚构件的固化，容易固化不完全、固化不均导致内应力残留，降低构件的性能。

微波固化方式具有效率高、能耗低、避免冷中心、避免固化不完全、加热无惯性、易于连续生产等优点。然而，采用微波加热方式也有弊端，微波电磁场的不均匀容易导致构件的加热不均匀，加热效率过高容易产生局部的烧蚀现象，微波加热方式因为加热对象内部的极性分子易因加热过程而变化，无法线性的直接控制加热的速度与温度，需要依赖温度传感器对加热过程进行实时的监控与控制。因此，为解决微波固化时存在局部不均匀固化和局部过烧等问题，实现其均匀、快速、高韧性固化，更好的满足热固型树脂基复合材料高效固化要求，本发明提供一种复合材料通用微波固化装置，包括微波磁控管、正多边形微波腔、置物台、磁控管控制器、红外热成像仪、真空正负压袋、间接检测装置等部件。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种复合材料用微波固化装置及其固化方法。该微波固化装置外表为一个正多边形柱结构腔体，整个壳体内壳通过焊接进行组装，金属内腔形成静电屏蔽效果。外壳则采用拼装的方式便于后期维修，中间嵌有滤波与吸波板材进行防护，微波磁控管均匀安置于该装置内壳各面中心位置，电源变压器与控制器装于装置后端，采用支持高速脉冲开关的PLC进行可编程控制开关。由于微波加热功率并非是调节磁控管实际功率而是通过调节磁控管开关频率周期进行控制，所以可由此调整装置微波电磁场功率。红外热成像仪装于装置腔体上部孔洞后方前以吸波滤波复合材料板材进行遮挡防护，当红外热成像仪进行单独的控制操作同时，磁控管断电停止操作并将遮挡防护打开，待操作完成后先复位挡板再重新恢复磁控管供电。该装置全部控制元器件可由电脑直接控制，所得的实验数据与实验方案直接由电脑记录。设备自身的全部控制与监控组件位于装置上的单片机控制面板内，热成像仪、暂停、电源等具有独立的控制开关，部分实验参数也可由控制器直接输入。出于安全考量仓门开启状态时装置无法工作，工作中开启仓门则该装置自动暂停工作。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合材料用微波固化装置，包括微波磁控管、微波腔、置物台、磁控管控制器、红外热成像仪、真空正负压袋和间接检测装置等部件，所述的微波腔为正n边形微波腔，所述的n＝6或8，其中：

所述的置物台放置于微波腔中心位置；

所述的微波腔采用双层结构，具体包括内壳和外壳，以束缚微波电磁场防止微波辐射泄露，且便于安装并保护微波磁控管，同时微波腔的正n边形结构也降低后续调整获得均匀微波电磁场的难度。所述的正n边形微波腔内形成静电屏蔽效果。

所述的微波腔内壳与外壳之间填充有滤波/吸波板材；