專利名稱：工作溫度超過500℃的復(fù)合材料固化成形裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料固化成形裝置和方法，具體涉及一種工作溫度超過 500°C的復(fù)合材料固化成形裝置和方法。
背景技術(shù)：
目前生產(chǎn)高質(zhì)量的復(fù)合材料的方法主要是熱壓罐成形方法。熱壓罐成形方法的優(yōu)點(diǎn)是氣體加壓均勻，只要固化周期、固化壓力、固化溫度在熱壓罐的極限范圍內(nèi)，就可以適應(yīng)不同材料、不同外形的復(fù)合材料的生產(chǎn)。但熱壓罐成形方法的缺點(diǎn)也很明顯(1)作為高溫高壓壓力容器，熱壓罐制造成本高。(2)熱壓罐內(nèi)氣體的溫度、壓力變化緩慢，控制精度差，且氣體的溫度和壓力變化彼此影響，控制難度高。(3)為保證熱壓罐內(nèi)氣體溫度均勻，需要高溫高壓下工作的鼓風(fēng)系統(tǒng)，使得熱壓罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而且熱壓罐并不適合很高溫度下使用，如果工作溫度超過500°C，由于水的快速蒸發(fā)和對設(shè)備的腐蝕性，水不適合作冷卻劑，必須使用液氮作冷卻劑。但大型熱壓罐每分鐘需要消耗600gal的液氮，已經(jīng)超出液氮設(shè)備的生產(chǎn)能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述問題，提供一種具有相對獨(dú)立的高溫高壓環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡單、熱效率高、能耗低的工作溫度超過500°C的復(fù)合材料固化成形裝置和方法。實現(xiàn)本發(fā)明一種目的的技術(shù)方案是一種工作溫度超過500°C的復(fù)合材料固化成形裝置，包括高壓氣罐、控制系統(tǒng)、耐高溫罐、電熱管、真空袋、抽氣管、熱電偶信號線、熱電偶、真空泵和高壓氣體增壓泵；抽氣管包括內(nèi)部抽氣管、中部抽氣管和外部抽氣管；熱電偶信號線包括內(nèi)部第一信號線、內(nèi)部第二信號線、中部信號線和外部信號線。高壓氣罐包括罐體、抽氣管安裝組件、電源線連接件、信號線連接件、高壓接口件、排氣閥和密封門；罐體上設(shè)有高壓加壓口以及按照從上至下的次序設(shè)有3個連接孔；電源線連接件密閉固定安裝在罐體的上側(cè)連接孔處的罐壁上；抽氣管安裝組件密閉固定安裝在罐體的中間連接孔處的罐壁上，且抽氣管安裝組件的位于罐體內(nèi)側(cè)的抽氣管口與中部抽氣管的一端密閉固定連接； 信號線連接件密閉固定安裝在罐體的下側(cè)連接孔處的罐壁上，且信號線連接件的位于罐體內(nèi)側(cè)的端口與中部信號線的一端電連接；高壓接口件密閉固定安裝在罐體的高壓加壓口處的罐壁上；密封門轉(zhuǎn)動連接在罐體上，通過密封件以及鎖扣能將密封門密閉鎖緊在罐體上。 控制系統(tǒng)包括主控電路、電熱管電源電路、氣體增壓泵電源電路和真空泵電源電路；主控電路設(shè)有電熱管控制信號輸出端、高壓控制信號輸出端、抽真空控制信號輸出端和溫度信號輸入端；主控電路的溫度信號輸入端與熱電偶信號線的外部信號線的一端電連接，熱電偶信號線的外部信號線的另一端與高壓氣罐的信號線連接件的位于罐體外側(cè)的端口電連接； 主控電路的電熱管控制信號輸出端通過導(dǎo)線與電熱管電源電路的控制端電連接，電熱管電源電路的電源輸出端通過導(dǎo)線與高壓氣罐的電源線連接件的位于罐體外側(cè)的相應(yīng)的端口電連接；主控電路的高壓控制信號輸出端通過導(dǎo)線與氣體增壓泵電源電路的控制端電連接，氣體增壓泵電源電路的電源輸出端通過導(dǎo)線與高壓氣體增壓泵的電源端電連接；高壓氣體增壓泵的輸出壓力能通過設(shè)備上的相應(yīng)的旋鈕進(jìn)行設(shè)定，高壓氣體增壓泵的高壓氣體輸出接口與高壓氣管的一端密閉固定連接，高壓氣管的另一端與高壓氣罐的高壓接口件的輸入管口密閉固定連接；主控電路的抽真空控制信號輸出端通過導(dǎo)線與真空泵電源電路的控制端電連接，真空泵電源電路的電源輸出端通過導(dǎo)線與真空泵的電源端電連接，真空泵的抽氣口與外部抽氣管的一端密閉固定連接，外部抽氣管的另一端與高壓氣罐的抽氣管安裝組件的位于罐體外側(cè)的管接口密閉固定連接。耐高溫罐包括罐主體、罐蓋、抽氣管密閉安裝連接組件和線路密閉安裝連接組件；耐高溫罐的側(cè)壁也即罐主體的側(cè)壁上按照上下位置設(shè)有上連接孔和下連接孔，抽氣管密閉安裝連接組件密閉固定在罐主體的側(cè)壁的位于上連接孔處的部位上，線路密閉安裝連接組件密閉固定在罐主體的側(cè)壁的位于下連接孔處的部位上；罐蓋上設(shè)有若干10微米 100微米的通氣孔。電熱管設(shè)置在高壓氣罐的罐體中，電熱管的電源輸入接口電連接有導(dǎo)線，該導(dǎo)線與高壓氣罐的電源線連接件的位于罐體內(nèi)部一側(cè)的相應(yīng)的端口電連接。真空袋包括袋體、抽氣管接口和信號線連接件；抽氣管接口和信號線連接件均密閉連接設(shè)置在袋體上，且抽氣管接口朝向袋體外側(cè)；熱電偶設(shè)置在真空袋中， 且熱電偶信號線的內(nèi)部第一信號線的一端與熱電偶電連接，另一端與信號線連接件的位于袋體內(nèi)側(cè)的端口電連接；熱電偶信號線的內(nèi)部第二信號線的一端與真空袋的信號線連接件的位于袋體外側(cè)的端口電連接。上述耐高溫罐的罐主體和罐蓋外均涂覆有耐高溫隔熱涂料層，罐蓋上的若干通氣孔穿過涂覆在罐蓋上的耐高溫隔熱涂料層。實現(xiàn)本發(fā)明另一種目的的技術(shù)方案是一種用上述裝置進(jìn)行工作溫度超過500 0C 的復(fù)合材料固化成形方法，具有以下步驟①將預(yù)浸料裁剪后在模具上鋪好，得到復(fù)合材料毛坯，將復(fù)合材料毛坯裝入真空袋中，然后將裝有復(fù)合材料毛坯的真空袋置于耐高溫罐的罐主體內(nèi)并定位；②將內(nèi)部抽氣管的一端與真空袋上的抽氣管接口密閉固定連接，將內(nèi)部抽氣管的另一端與耐高溫罐的抽氣管密閉安裝連接組件的位于罐主體內(nèi)側(cè)的抽氣管口密閉固定連接；同時將連接在真空袋的信號線連接件的位于袋體外側(cè)的端口上的熱電偶信號線的內(nèi)部第二信號線的另一端與耐高溫罐的線路密閉安裝連接組件的位于罐主體內(nèi)側(cè)的接線端電連接；然后向耐高溫罐的罐主體中充入氧化鎂粉末，將罐蓋蓋緊，通氣孔與外界保持暢通；③打開高壓氣罐，先將耐高溫罐放置在高壓氣罐1的罐口附近處，將連接在高壓氣罐的抽氣管安裝組件的位于罐體內(nèi)側(cè)的抽氣管口上的中部抽氣管的另一端與耐高溫罐的抽氣管密閉安裝連接組件的位于罐主體外側(cè)的抽氣管口密閉固定連接，將連接在高壓氣罐的信號線連接件的位于罐體內(nèi)側(cè)的端口的中部信號線的另一端與耐高溫罐的線路密閉安裝連接組件的位于罐主體外側(cè)的端口電連接；然后將耐高溫罐放入高壓氣罐中，關(guān)閉高壓氣罐；④通過主控電路控制電熱管通電，電熱管的熱量通過氧化鎂粉末傳遞給復(fù)合材料毛坯，使復(fù)合材料毛坯升溫至500°C 600°C，同時通過控制高壓氣體增壓泵的輸出壓力而將高壓氣罐內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)至IOMI^a 20MPa，使復(fù)合材料毛坯在該溫度和壓力下固化成形；⑤ 固化反應(yīng)完成后，將電熱管斷電，打開排氣閥，再打開密封門，取出耐高溫罐，打開罐蓋，倒出氧化鎂粉末，取出真空袋，剖開真空袋后則得到復(fù)合材料毛坯固化成形后的復(fù)合材料制件。上述步驟④中的具體過程為將電熱管通電，電熱管功率為350kW，在15min內(nèi)使復(fù)合材料毛坯溫度升至500°C，同時壓力逐步增加至IOMPa ；然后，在30min內(nèi)將電熱管的功率逐步降至150kW，使溫度逐步升至600°C，同時壓力逐步增加至15MPa ；接著，在120min 內(nèi)將電熱管的功率逐步降至50kW，在600°C保溫，同時壓力逐步增加至20MPa ；再接著，在 30min內(nèi)將電熱管的功率逐步降至OkW，同時壓力逐步降低至15MPa ；最后，在Mi內(nèi)將壓力逐步降低至常壓，復(fù)合材料毛坯的溫度則逐步降至室溫，在此溫度壓力變化過程中，復(fù)合材料毛坯7固化成形為相應(yīng)的制件；在電熱管進(jìn)行加熱的整個過程中高壓氣罐內(nèi)的壓力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。上述在電熱管加熱的整個過程中高壓氣罐內(nèi)的壓力在IOMPa 20MPa內(nèi)調(diào)節(jié)。本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，通過高壓氣罐控制壓力，通過電熱管控制溫度，溫度、壓力調(diào)節(jié)彼此獨(dú)立。(2)本發(fā)明將復(fù)合材料毛坯裝入真空袋后置于耐高溫罐中，并在耐高溫罐中充入氧化鎂粉末，由于氧化鎂是電熱管中包圍電極絲的常用材料，可在1000°C以上溫度穩(wěn)定工作，其導(dǎo)熱性能比空氣高三個數(shù)量級，因此電熱管加熱產(chǎn)生的熱量經(jīng)過氧化鎂可以迅速使復(fù)合材料毛坯升溫，從而使耐高溫罐內(nèi)的復(fù)合材料毛坯得到一個獨(dú)立的高溫環(huán)境，溫度控制精度高。(3)由于高壓氣罐內(nèi)的壓力很大，在耐高溫罐的罐蓋上設(shè)置通氣孔可使耐高溫罐內(nèi)外壓力均衡，這樣減少了內(nèi)部熱量的散失。(4)本發(fā)明在耐高溫罐外涂覆有耐高溫隔熱涂料層(如導(dǎo)彈發(fā)射架用防導(dǎo)彈尾焰燒蝕的涂料)，這樣可將熱量封閉在耐高溫罐中，使高溫環(huán)境存在壓力容器(高壓氣罐)內(nèi)的局部，壓力容器內(nèi)部溫度明顯低于耐高溫罐內(nèi)部溫度，對壓力容器及內(nèi)部設(shè)備的要求大大降低。(5)本發(fā)明使用電力作能源，電熱管加熱熱效率高，能耗低。


圖1為本發(fā)明的裝置示意圖。圖2為圖1中高壓氣罐的結(jié)構(gòu)示意圖。上述附圖中的標(biāo)記如下 底座10，
高壓氣罐1，罐體11，抽氣管安裝組件12，電源線連接件13，信號線連接件14，高壓接口件15，排氣閥16，
控制系統(tǒng)2，主控電路20，電熱管電源電路21，氣體增壓泵電源電路22，真空泵電源電路23，
耐高溫罐3，罐主體31，罐蓋32，通氣孔32-1，耐高溫隔熱涂料層5， 電熱管4，氧化鎂粉末6，復(fù)合材料毛坯7，真空袋8，熱電偶81， 支架91，小車92，軌道93，鎖定裝置94，真空泵95，高壓氣體增壓泵96。
具體實施例方式(實施例1)
見圖1，本實施例的工作溫度超過500°c的復(fù)合材料固化成形裝置包括高壓氣罐1、控制系統(tǒng)2、耐高溫罐3、電熱管4、氧化鎂粉末6、真空袋8、抽氣管、熱電偶信號線、熱電偶81、 支架91、小車92、軌道93、鎖定裝置94、真空泵95和高壓氣體增壓泵96。抽氣管包括內(nèi)部抽氣管、中部抽氣管和外部抽氣管。熱電偶信號線包括內(nèi)部第一信號線、內(nèi)部第二信號線、中部信號線和外部信號線。仍見圖1，控制系統(tǒng)2、真空泵95、高壓氣體增壓泵96、外部抽氣管和外部信號線均設(shè)置在高壓氣罐1外；電熱管4、小車92、軌道93和鎖定裝置94均設(shè)置在高壓氣罐1的罐體中。使用時，耐高溫罐3、支架91、真空袋8、熱電偶81、內(nèi)部抽氣管、中部抽氣管、內(nèi)部信號線和中部信號線設(shè)置在高壓氣罐1內(nèi)。見圖2，高壓氣罐1包括罐體11、抽氣管安裝組件12、電源線連接件13、信號線連接件14、高壓接口件15、排氣閥16和密封門。罐體11上設(shè)有高壓加壓口以及按照從上至下的次序設(shè)有3個連接孔。電源線連接件13密閉固定安裝在罐體11的上側(cè)連接孔處的罐壁上。抽氣管安裝組件12密閉固定安裝在罐體11的中間連接孔處的罐壁上，且抽氣管安裝組件12的位于罐體內(nèi)側(cè)的抽氣管口與中部抽氣管的一端密閉固定連接。信號線連接件 14密閉固定安裝在罐體11的下側(cè)連接孔處的罐壁上，且信號線連接件14的位于罐體內(nèi)側(cè)的端口與中部信號線的一端電連接。高壓接口件15密閉固定安裝在罐體11的高壓加壓口處的罐壁上。密封門轉(zhuǎn)動連接在罐體11上，通過密封件以及鎖扣能將密封門密閉鎖緊在罐體11上。見圖1，高壓氣罐1坐落在底座10上，底座10固定在地面上。仍見圖1，軌道93有2根，沿前后向平行固定在高壓氣罐1的罐體11上，位于罐體 11的底部且朝向上方。鎖定裝置設(shè)置在小車92上，小車92由其車輪坐落在軌道93上，且小車92的車輪能相對于軌道93滾動，從而使得小車92能相對于軌道93進(jìn)行前后向的運(yùn)動。當(dāng)小車92在軌道93上運(yùn)行至設(shè)定位置時，釋放鎖定裝置的鎖舌至軌道93所開設(shè)鎖孔中則能將小車92鎖定在軌道93上。見圖1，控制系統(tǒng)2包括主控電路20、電熱管電源電路21、氣體增壓泵電源電路22 和真空泵電源電路23。主控電路20為常用工控機(jī)，該工控機(jī)設(shè)有電熱管控制信號輸出端 Al端、高壓控制信號輸出端A2端、抽真空控制信號輸出端A3端和溫度信號輸入端Bl端。主控電路20的溫度信號輸入端Bl端與熱電偶信號線的外部信號線的一端電連接，熱電偶信號線的外部信號線的另一端與高壓氣罐1的信號線連接件14的位于罐體11 外側(cè)的端口電連接。主控電路20的電熱管控制信號輸出端Al端通過導(dǎo)線與電熱管電源電路21的控制端電連接，電熱管電源電路21的電源輸出端通過導(dǎo)線與高壓氣罐1的電源線連接件13 的位于罐體11外側(cè)的相應(yīng)的端口電連接。主控電路20的高壓控制信號輸出端A2端通過導(dǎo)線與氣體增壓泵電源電路22的控制端電連接，氣體增壓泵電源電路22的電源輸出端通過導(dǎo)線與高壓氣體增壓泵96的電源端電連接。高壓氣體增壓泵96的輸出壓力能通過設(shè)備上的相應(yīng)的旋鈕進(jìn)行設(shè)定，高壓氣體增壓泵96的高壓氣體輸出接口與高壓氣管的一端密閉固定連接，高壓氣管的另一端與高壓氣罐1的高壓接口件15的輸入管口密閉固定連接。主控電路20的抽真空控制信號輸出端A3端通過導(dǎo)線與真空泵電源電路23的控制端電連接，真空泵電源電路23的電源輸出端通過導(dǎo)線與真空泵95的電源端電連接，真空泵95的抽氣口與外部抽氣管的一端密閉固定連接，外部抽氣管的另一端與高壓氣罐1的抽氣管安裝組件12的位于罐體11外側(cè)的管接口密閉固定連接。電熱管4設(shè)置在高壓氣罐1的罐體11中。電熱管4的電源輸入接口電連接有導(dǎo)線，該導(dǎo)線與高壓氣罐1的電源線連接件13的位于罐體11內(nèi)部一側(cè)的相應(yīng)的端口電連接。
真空袋8包括袋體、抽氣管接口和信號線連接件；抽氣管接口和信號線連接件均密閉連接設(shè)置在袋體上，且抽氣管接口朝向袋體外側(cè)。熱電偶81設(shè)置在真空袋8中，且熱電偶信號線的內(nèi)部第一信號線的一端與熱電偶81電連接，另一端與信號線連接件的位于袋體內(nèi)側(cè)的端口電連接；熱電偶信號線的內(nèi)部第二信號線的一端與真空袋8的信號線連接件的位于袋體外側(cè)的端口電連接。使用時，待成型的復(fù)合材料毛坯7設(shè)置在真空袋8中。耐高溫罐3包括罐主體31、罐蓋32、抽氣管密閉安裝連接組件和線路密閉安裝連接組件。耐高溫罐3的側(cè)壁也即罐主體31的側(cè)壁上按照上下位置設(shè)有上連接孔和下連接孔，抽氣管密閉安裝連接組件密閉固定在罐主體31的側(cè)壁的位于上連接孔處的部位上，線路密閉安裝連接組件密閉固定在罐主體31的側(cè)壁的位于下連接孔處的部位上。罐蓋32上設(shè)有若干50微米左右的通氣孔32-1 ；耐高溫罐3的罐主體31和罐蓋32外均涂覆有耐高溫隔熱涂料層5，罐蓋32上的若干通氣孔32-1穿過涂覆在罐蓋32上的耐高溫隔熱涂料層 5。使用時，支架91放入耐高溫罐3的罐主體31中，且可拆式固定在耐高溫罐3上，裝有待成型的復(fù)合材料毛坯7的真空袋8設(shè)置在耐高溫罐3中，且可拆式固定在支架91上， 耐高溫罐3設(shè)置在高壓氣罐1的罐體11中，且可拆式固定在小車92上。使用時，內(nèi)部抽氣管的一端與真空袋8的抽氣管接口密閉固定連接，另一端與耐高溫罐3的抽氣管密閉安裝連接組件的位于罐主體31內(nèi)側(cè)的抽氣管口密閉固定連接；耐高溫罐3的抽氣管密閉安裝連接組件的位于罐主體31外側(cè)的抽氣管口與中部抽氣管的另一端密閉固定連接。使用時，熱電偶信號線的內(nèi)部第二信號線的另一端與耐高溫罐3的線路密閉安裝連接組件的位于罐主體31內(nèi)側(cè)的端口電連接；耐高溫罐3的線路密閉安裝連接組件的位于罐主體31外側(cè)的端口與熱電偶信號線的中部信號線的另一端電連接。采用上述裝置進(jìn)行工作溫度超過500°C的復(fù)合材料固化成形方法具有以下步驟 ①將預(yù)浸料裁剪后在模具上鋪好，得到復(fù)合材料毛坯7，將復(fù)合材料毛坯7裝入真空袋8中。然后將裝有復(fù)合材料毛坯7的真空袋8粘結(jié)固定在支架91上，再將支架91連同裝有復(fù)合材料毛坯7的真空袋8放入耐高溫罐3的罐主體31內(nèi)并通過粘結(jié)的方法定位。②將內(nèi)部抽氣管的一端與真空袋8上的抽氣管接口密閉固定連接，將內(nèi)部抽氣管的另一端與耐高溫罐3的抽氣管密閉安裝連接組件的位于罐主體31內(nèi)側(cè)的抽氣管口密閉固定連接。同時將連接在真空袋8的信號線連接件的位于袋體外側(cè)的端口上的熱電偶信號線的內(nèi)部第二信號線的另一端與耐高溫罐3的線路密閉安裝連接組件的位于罐主體31內(nèi)側(cè)的接線端電連接。然后向耐高溫罐3的罐主體31中充入氧化鎂粉末6，將罐蓋32蓋上，并用螺栓緊固。然后在罐主體31和罐蓋32外層涂覆有耐高溫隔熱涂料5，但罐蓋32上的通氣孔32-1 與外界保持通暢。③打開高壓氣罐1，先將耐高溫罐3放置在高壓氣罐1的罐口附近處，將連接在高壓氣罐1的抽氣管安裝組件12的位于罐體內(nèi)側(cè)的抽氣管口上的中部抽氣管的另一端與耐高溫罐3的抽氣管密閉安裝連接組件的位于罐主體31外側(cè)的抽氣管口密閉固定連接，將連接在高壓氣罐1的信號線連接件14的位于罐體內(nèi)側(cè)的端口的中部信號線的另一端與耐高溫罐3的線路密閉安裝連接組件的位于罐主體31外側(cè)的端口電連接。再將耐高溫罐3放置在位于高壓氣罐1中的小車92上，并通過雙面膠粘結(jié)固定在小車92上，推動小車92至高壓氣罐1中的設(shè)定位置，釋放鎖定裝置的鎖舌至軌道93所開設(shè)的鎖孔中，而將小車92鎖定在軌道93上。然后，關(guān)閉高壓氣罐1，此時的壓力為0. IMPa0④通過主控電路20控制電熱管4通電，電熱管的熱量通過氧化鎂粉末6傳遞給復(fù)合材料毛坯7，使復(fù)合材料毛坯7升溫至500°C 600°C，同時通過控制高壓氣體增壓泵96 的輸出壓力而將高壓氣罐1內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)至IOMPa 20MPa，使復(fù)合材料毛坯7在該溫度和壓力下固化成形。具體過程為將電熱管4通電，電熱管功率為350kW，在15min內(nèi)使復(fù)合材料毛坯7 溫度升至500°C，同時壓力逐步增加至lOMPa。然后，在30min內(nèi)將電熱管4的功率逐步降至150kW，使溫度逐步升高至600°C，同時壓力逐步增加至15MPa。接著，在120min內(nèi)將電熱管4的功率逐步降至50kW，在600°C保溫，同時壓力逐步增加至20MPa。再接著，在30min內(nèi)將電熱管4的功率逐步降至OkW，同時壓力逐步降至15MPa。最后，在他內(nèi)將壓力逐步降低至常壓，復(fù)合材料毛坯7的溫度則逐步降至室溫 (0。C 40°C)，在此溫度壓力變化過程中，復(fù)合材料毛坯7固化成形為相應(yīng)的制件。整個過程中高壓氣罐1內(nèi)的壓力保持在IOMPa 20MPa。⑤固化反應(yīng)完成后，將電熱管4斷電，打開排氣閥16，再打開密封門，取出耐高溫罐3，打開罐蓋32，倒出氧化鎂粉末6，取出真空袋8，剖開真空袋8后則得到復(fù)合材料毛坯 7固化成形后的復(fù)合材料制件。該復(fù)合材料制件的形狀與復(fù)合材料毛坯7的形狀相同。
權(quán)利要求
1. 一種工作溫度超過500°C的復(fù)合材料固化成形裝置，其特征在于包括高壓氣罐(I)、控制系統(tǒng)(2)、耐高溫罐(3)、電熱管(4)、真空袋(8)、抽氣管、熱電偶信號線、熱電偶 (81)、真空泵(95)和高壓氣體增壓泵(96);抽氣管包括內(nèi)部抽氣管、中部抽氣管和外部抽氣管；熱電偶信號線包括內(nèi)部第一信號線、內(nèi)部第二信號線、中部信號線和外部信號線；高壓氣罐(1)包括罐體(11)、抽氣管安裝組件(12)、電源線連接件(13)、信號線連接件 (14)、高壓接口件(15)、排氣閥(16)和密封門；罐體(11)上設(shè)有高壓加壓口以及按照從上至下的次序設(shè)有3個連接孔；電源線連接件(13 )密閉固定安裝在罐體(11)的上側(cè)連接孔處的罐壁上；抽氣管安裝組件(12)密閉固定安裝在罐體(11)的中間連接孔處的罐壁上，且抽氣管安裝組件(12)的位于罐體內(nèi)側(cè)的抽氣管口與中部抽氣管的一端密閉固定連接；信號線連接件(14)密閉固定安裝在罐體(11)的下側(cè)連接孔處的罐壁上，且信號線連接件(14) 的位于罐體內(nèi)側(cè)的端口與中部信號線的一端電連接；高壓接口件(15)密閉固定安裝在罐體(11)的高壓加壓口處的罐壁上；密封門轉(zhuǎn)動連接在罐體(11)上，通過密封件以及鎖扣能將密封門密閉鎖緊在罐體(11)上；控制系統(tǒng)(2)包括主控電路(20)、電熱管電源電路(21 )、氣體增壓泵電源電路(22)和真空泵電源電路(23);主控電路(20)設(shè)有電熱管控制信號輸出端、高壓控制信號輸出端、抽真空控制信號輸出端和溫度信號輸入端；主控電路(20)的溫度信號輸入端與熱電偶信號線的外部信號線的一端電連接，熱電偶信號線的外部信號線的另一端與高壓氣罐(1)的信號線連接件(14)的位于罐體(11)外側(cè)的端口電連接；主控電路(20)的電熱管控制信號輸出端通過導(dǎo)線與電熱管電源電路(21)的控制端電連接，電熱管電源電路(21)的電源輸出端通過導(dǎo)線與高壓氣罐(1)的電源線連接件(13)的位于罐體(11)外側(cè)的相應(yīng)的端口電連接；主控電路(20)的高壓控制信號輸出端通過導(dǎo)線與氣體增壓泵電源電路(22)的控制端電連接，氣體增壓泵電源電路(22)的電源輸出端通過導(dǎo)線與高壓氣體增壓泵(96)的電源端電連接；高壓氣體增壓泵(96)的輸出壓力能通過設(shè)備上的相應(yīng)的旋鈕進(jìn)行設(shè)定，高壓氣體增壓泵(96)的高壓氣體輸出接口與高壓氣管的一端密閉固定連接，高壓氣管的另一端與高壓氣罐(1)的高壓接口件(15 )的輸入管口密閉固定連接；主控電路(20 )的抽真空控制信號輸出端通過導(dǎo)線與真空泵電源電路(23)的控制端電連接，真空泵電源電路(23)的電源輸出端通過導(dǎo)線與真空泵(95)的電源端電連接，真空泵(95)的抽氣口與外部抽氣管的一端密閉固定連接，外部抽氣管的另一端與高壓氣罐(1)的抽氣管安裝組件(12)的位于罐體(II)外側(cè)的管接口密閉固定連接；耐高溫罐(3)包括罐主體(31)、罐蓋(32)、抽氣管密閉安裝連接組件和線路密閉安裝連接組件；耐高溫罐(3)的側(cè)壁也即罐主體(31)的側(cè)壁上按照上下位置設(shè)有上連接孔和下連接孔，抽氣管密閉安裝連接組件密閉固定在罐主體(31)的側(cè)壁的位于上連接孔處的部位上，線路密閉安裝連接組件密閉固定在罐主體(31)的側(cè)壁的位于下連接孔處的部位上；罐蓋(32)上設(shè)有若干10微米 100微米的通氣孔(32-1)；電熱管(4)設(shè)置在高壓氣罐(1)的罐體(11)中，電熱管(4)的電源輸入接口電連接有導(dǎo)線，該導(dǎo)線與高壓氣罐(1)的電源線連接件(13)的位于罐體(11)內(nèi)部一側(cè)的相應(yīng)的端口電連接；真空袋(8)包括袋體、抽氣管接口和信號線連接件；抽氣管接口和信號線連接件均密閉連接設(shè)置在袋體上，且抽氣管接口朝向袋體外側(cè)；熱電偶(81)設(shè)置在真空袋(8)中，且熱電偶信號線的內(nèi)部第一信號線的一端與熱電偶(81)電連接，另一端與信號線連接件的位于袋體內(nèi)側(cè)的端口電連接；熱電偶信號線的內(nèi)部第二信號線的一端與真空袋(8)的信號線連接件的位于袋體外側(cè)的端口電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工作溫度超過500°C的復(fù)合材料固化成形裝置，其特征在于 耐高溫罐(3)的罐主體(31)和罐蓋(32)外均涂覆有耐高溫隔熱涂料層(5)，罐蓋(32)上的若干通氣孔(32-1)穿過涂覆在罐蓋(32 )上的耐高溫隔熱涂料層(5 )。
3.一種用權(quán)利要求1所述的裝置進(jìn)行工作溫度超過500°C的復(fù)合材料固化成形方法， 其特征在于具有以下步驟①將預(yù)浸料裁剪后在模具上鋪好，得到復(fù)合材料毛坯(7)，將復(fù)合材料毛坯(7)裝入真空袋(8 )中，然后將裝有復(fù)合材料毛坯(7 )的真空袋(8 )置于耐高溫罐(3 )的罐主體(31)內(nèi)并定位；②將內(nèi)部抽氣管的一端與真空袋(8)上的抽氣管接口密閉固定連接，將內(nèi)部抽氣管的另一端與耐高溫罐(3)的抽氣管密閉安裝連接組件的位于罐主體(31)內(nèi)側(cè)的抽氣管口密閉固定連接；同時將連接在真空袋(8)的信號線連接件的位于袋體外側(cè)的端口上的熱電偶信號線的內(nèi)部第二信號線的另一端與耐高溫罐(3)的線路密閉安裝連接組件的位于罐主體 (31)內(nèi)側(cè)的接線端電連接；然后向耐高溫罐(3)的罐主體(31)中充入氧化鎂粉末(6)，將罐蓋(32)蓋緊，通氣孔(32-1)與外界保持暢通；③打開高壓氣罐(1)，先將耐高溫罐(3)放置在高壓氣罐1的罐口附近處，將連接在高壓氣罐(1)的抽氣管安裝組件(12)的位于罐體內(nèi)側(cè)的抽氣管口上的中部抽氣管的另一端與耐高溫罐(3)的抽氣管密閉安裝連接組件的位于罐主體(31)外側(cè)的抽氣管口密閉固定連接，將連接在高壓氣罐(1)的信號線連接件(14)的位于罐體內(nèi)側(cè)的端口的中部信號線的另一端與耐高溫罐(3)的線路密閉安裝連接組件的位于罐主體(31)外側(cè)的端口電連接；然后將耐高溫罐(3)放入高壓氣罐(1)中，關(guān)閉高壓氣罐(1)；④通過主控電路(20)控制電熱管(4 )通電，電熱管的熱量通過氧化鎂粉末(6 )傳遞給復(fù)合材料毛坯(7)，使復(fù)合材料毛坯(7)升溫至500°C 600°C，同時通過控制高壓氣體增壓泵(96)的輸出壓力而將高壓氣罐(1)內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)至IOMPa 20MPa，使復(fù)合材料毛坯(7) 在該溫度和壓力下固化成形；⑤固化反應(yīng)完成后，將電熱管(4)斷電，打開排氣閥(16)，再打開密封門，取出耐高溫罐(3)，打開罐蓋(32)，倒出氧化鎂粉末(6)，取出真空袋(8)，剖開真空袋(8)后則得到復(fù)合材料毛坯(7)固化成形后的復(fù)合材料制件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工作溫度超過500°C的復(fù)合材料固化成形方法，其特征在于 步驟④中的具體過程為將電熱管(4)通電，電熱管功率為350kW，在15min內(nèi)使復(fù)合材料毛坯(7)溫度升至 500°C，同時壓力逐步增加至IOMPa ；然后，在30min內(nèi)將電熱管(4)的功率逐步降至150kW，使溫度逐步升至600°C，同時壓力逐步增加至15MPa ；接著，在120min內(nèi)將電熱管(4)的功率逐步降至50kW，在600°C保溫，同時壓力逐步增加至20MPa ；再接著，在30min內(nèi)將電熱管(4)的功率逐步降至OkW，同時壓力逐步降低至15MPa ；最后，在他內(nèi)將壓力逐步降低至常壓，復(fù)合材料毛坯(7)的溫度則逐步降至室溫 (0°C 40°C)，在此溫度壓力變化過程中，復(fù)合材料毛坯7固化成形為相應(yīng)的制件；在電熱管(4)進(jìn)行加熱的整個過程中高壓氣罐(1)內(nèi)的壓力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工作溫度超過500°C的復(fù)合材料固化成形方法，其特征在于 在電熱管(4)加熱的整個過程中高壓氣罐(1)內(nèi)的壓力在IOMPa 20MPa內(nèi)調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工作溫度超過500℃的復(fù)合材料固化成形裝置和方法。該裝置包括高壓氣罐、控制系統(tǒng)、耐高溫罐、電熱管、真空袋、抽氣管、熱電偶信號線、熱電偶、真空泵和高壓氣體增壓泵。該方法包括將裝有復(fù)合材料毛坯的真空袋置于耐高溫罐的罐主體內(nèi)并定位；向耐高溫罐的罐主體中充入氧化鎂粉末；將耐高溫罐放入高壓氣罐中，關(guān)閉高壓氣罐；通過主控電路控制電熱管通電，使復(fù)合材料毛坯升溫至500℃～600℃，同時壓力調(diào)節(jié)至10MPa～20MPa，使復(fù)合材料毛坯在該溫度和壓力下固化成形。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，通過高壓氣罐控制壓力，通過電熱管控制溫度，溫度、壓力調(diào)節(jié)彼此獨(dú)立。
文檔編號B29C70/54GK102275306SQ20111011848
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者何慶, 劉瀏, 池龍珠, 范真, 談衡 申請人:江蘇技術(shù)師范學(xué)院