碳纖維復合材料制件的雙真空袋微波固化方法
【專利摘要】一種碳纖維復合材料制件的雙真空袋微波固化方法，其特征它采用雙真空袋封閉加壓碳纖維復合材料制件，解決碳纖維復合材料制件采用單真空袋微波固化時存在的碳纖維放電擊穿問題。采用雙真空袋封裝碳纖維復合材料可以提高制件的真空度，不僅能有效抑制碳纖維放電擊穿而且可以在一定程度上提高對材料的壓實度。此外，通過在兩層真空袋之間增設一層耐高溫柔性材料可以有效抑制碳纖維放電燒穿真空袋，保證碳纖維復合材料制件始終處于恒定的真空環(huán)境中，從而解決碳纖維復合材料制件在微波固化過程中的碳纖維放電擊穿問題。
【專利說明】 碳纖維復合材料制件的雙真空袋微波固化方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合材料固化成型方法，尤其是一種碳纖維復合材料的快速固化成型方法，具體地說是一種利用雙真空袋和耐高溫柔性材料的微波加熱固化成型方法。

【背景技術】
[0002]碳纖維復合材料具有高比強度、低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、阻尼減震性好、性能可設計等一系列優(yōu)越的性能，得到廣泛應用。目前，碳纖維復合材料主要采用熱壓罐固化成型。但熱壓罐成型技術存在一系列的問題:熱壓罐通過熱對流和熱傳導來加熱固化碳纖維復合材料，效率低，時間長，溫度控制具有滯后，制件溫度均勻性差，易產(chǎn)生殘余應力和變形，且難以固化大尺寸復雜復合材料制件。
[0003]微波加熱固化技術是以低頻電磁波穿透碳纖維復合材料，將微波能轉變?yōu)闊崮?，不僅可以對碳纖維復合材料進行里外均勻加熱，而且加熱固化時間短，效率高，溫度易于控制，適于成型大尺寸復雜復合材料制件。但采用微波加熱固化碳纖維復合材料時，由于裸露的碳纖維放電經(jīng)常會產(chǎn)生材料放電擊穿現(xiàn)象。碳纖維放電不僅會燒壞復合材料和微波加熱固化設備，而且十分危險。
[0004]針對碳纖維復合材料采用微波固化時的碳纖維放電現(xiàn)象，本發(fā)明提出一種采用雙真空袋封閉加壓碳纖維復合材料制件的微波固化技術。雙真空袋封閉加壓即采用兩層真空袋(內部真空袋和外部真空袋)封裝待固化的碳纖維復合材料。雙真空袋封閉加壓可以提高碳纖維復合材料制件的真空度，不僅能有效抑制碳纖維放電而且可以在一定程度上提高對碳纖維復合材料制件的壓實度。此外，通過在兩層真空袋(內部真空袋和外部真空袋)之間增設一層耐高溫柔性材料可以有效抑制火星燒穿外部真空袋，保證碳纖維復合材料制件始終處于恒定的真空環(huán)境中，不僅解決了碳纖維復合材料制件在微波固化過程中的碳纖維放電問題，而且在一定程度上提高了碳纖維復合材料制件的成型質量。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對采用微波加熱固化碳纖維復合材料時易產(chǎn)生放電的問題，發(fā)明一種使用雙真空袋和耐高溫柔性材料對的碳纖維復合材料進行微波加熱固化的方法，以解決碳纖維復合材料制件采用微波固化時的碳纖維放電問題，并能在一等程度上提高碳纖維復合材料制件的成型質量。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:
一種碳纖維復合材料制件的雙真空袋微波固化方法，其特征在于:它采用兩層真空袋封閉加壓待固化的碳纖維復合材料制件，并在兩層真空袋之間增設一層耐高溫的柔性材料，然后將封裝好的碳纖維復合材料制件放入微波加熱固化設備進行加熱固化。
[0007]雙真空袋封閉加壓部分是在待固化的碳纖維復合材料制件上封裝兩層真空袋:內部真空袋和外部真空袋，兩層真空袋相互無聯(lián)通，在內部真空袋及內部真空袋與外部真空袋之間形成真空區(qū)域，壓實待固化的碳纖維復合材料制件。
[0008]為避免采用微波固化碳纖維復合材料制件時碳纖維放電燒穿內層真空袋，在兩層真空袋之間增設一層耐高溫柔性材料；考慮到微波固化的要求，該耐高溫柔性材料選用不明顯反射微波且透波性好的材料，材料厚度在0.1至1mm之間。
[0009]所述碳纖維復合材料制件的溫度開始持續(xù)升高時，內部真空袋和外部真空袋同時開始抽真空，并保持此狀態(tài)到預期制定的固化溫度，在所述固化溫度下充分維持一段時間后，降低碳纖維復合材料制件的溫度；當制件溫度降至常溫附近時，同時釋放內部真空袋和外部真空袋真空；所述雙真空系統(tǒng)在固化過程中內部真空袋和外部真空袋的抽真空速率和時機均分別可控。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明采用雙真空袋封閉加壓碳纖維復合材料可以提高制件的真空度，不僅能有效抑制碳纖維放電而且可以在一定程度上提高對材料的壓實度，使碳纖維復合材料制件具有較好的成型質量。
[0011]本發(fā)明通過在內部真空袋和外部真空袋之間增設一層耐高溫柔性材料可以有效抑制火星燒穿外部真空袋，保證碳纖維復合材料制件始終處于恒定的真空環(huán)境中，徹底解決了碳纖維復合材料制件在微波固化過程中的碳纖維放電擊穿問題。
[0012]本發(fā)明基于微波加熱固化技術，相比于傳統(tǒng)的熱壓罐成型工藝和模具加熱固化成型工藝，微波加熱固化時間短，能耗低，溫度均勻，易于控制，適于成型大尺寸復雜碳纖維復合材料制件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的碳纖維復合材料雙真空袋系統(tǒng)鋪層示意圖。
[0014]圖中:1為模具，2為脫模劑，3為碳纖維復合材料預浸料，4為脫模布，5為帶孔隔離膜，6為透氣氈，7為內部真空袋，8為耐高溫柔性材料，9為外部真空袋。

【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，本發(fā)明不限于該實施例。
[0016]如圖1所示。
[0017]一種碳纖維復合材料制件的雙真空袋微波固化方法，它采用兩層真空袋7和9封閉加壓待固化的碳纖維復合材料制件3，并在兩層真空袋之間增設一層耐高溫的柔性材料8 (如硅酸鋁材料)，然后將封裝好的碳纖維復合材料制件放入微波加熱固化設備進行加熱固化。
[0018]雙真空袋封閉加壓部分是在待固化的碳纖維復合材料制件3上封裝兩層真空袋:內部真空袋7和外部真空袋9，并將兩層真空袋與外部真空系統(tǒng)連接，從而在未固化的碳纖維復合材料3與內部真空袋7及內部真空袋7與外部真空袋9之間形成真空區(qū)域，壓實待固化的碳纖維復合材料制件3。內部真空袋7和外部真空袋9封裝后，分別靜置30分鐘，不漏氣即可滿足要求。為避免采用微波固化碳纖維復合材料制件3時碳纖維放電燒穿真空袋7，9，在兩層真空袋7，9之間增設一層耐高溫柔性材料8?？紤]到微波固化的要求，該耐高溫柔性材料8需選擇不明顯反射微波且透波性好的材料，如硅酸鋁材料。
[0019]所述碳纖維復合材料制件3的溫度開始持續(xù)升高時，內部真空袋7和外部真空袋9同時開始抽真空，并保持此狀態(tài)到預期制定的固化溫度，在所述固化溫度下充分維持一段時間后，降低碳纖維復合材料制件3的溫度。當制件溫度降至常溫附近時，同時釋放內部真空袋7和外部真空袋9真空。所述雙真空系統(tǒng)在固化過程中抽真空速率和時機可控。
[0020]碳纖維復合材料雙真空袋工藝的具體布置過程是將未固化的碳纖維復合材料預浸料3鋪疊在涂刷了脫模劑2的光滑模具I表面，在碳纖維復合材料制件邊緣粘貼導電膠帶，然后在碳纖維復合材料表面按順序鋪設脫模布4、帶孔隔離膜5、透氣氈6、內部真空袋7、硅酸鋁材料8、外部真空袋9。兩層真空袋沿預浸料周圍均用高溫膠帶密封，并在邊緣處安放透波真空管。
[0021]碳纖維復合材料制件3的溫度開始持續(xù)升高時，內部真空袋7和外部真空袋9同時開始抽真空，并保持此狀態(tài)到預期制定的固化溫度，在所述固化溫度下充分維持一段時間后，降低碳纖維復合材料制件3的溫度。當制件溫度降至常溫附近時，同時釋放內部真空袋7和外部真空袋9真空。所述雙真空系統(tǒng)在固化過程中抽真空速率和時機可控。
[0022]微波加熱固化時將封裝好的碳纖維復合材料制件3放入微波加熱固化設備的諧振腔中，使碳纖維復合材料制件3在諧振腔內均勻電磁場的作用下得到加熱固化。在固化工藝開始時，內部真空袋7和外部真空袋9同時按真空工藝抽真空，壓實待固化的碳纖維復合材料制件3。隨著制件溫度升高，碳纖維復合材料的固化反應開始進行。溫度監(jiān)測系統(tǒng)實時測量固化過程中碳纖維復合材料制件3的溫度，并將測量的溫度反饋到設備的控制系統(tǒng)，與預先設定的溫度工藝曲線進行比對，實時調整微波功率，實現(xiàn)高精度的溫度控制。保持此狀態(tài)直至碳纖維復合材料制件3固化完成。
[0023]以上僅是本發(fā)明的具體應用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構成任何限制。凡采用等同變換或是等效替換而形成的技術方案，均落在本發(fā)明權利保護范圍之內。
[0024]本發(fā)明未涉及部分與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
【權利要求】
1.一種碳纖維復合材料制件的雙真空袋微波固化方法，其特征在于:它采用兩層真空袋封閉加壓待固化的碳纖維復合材料制件，并在兩層真空袋之間增設一層耐高溫的柔性材料，然后將封裝好的碳纖維復合材料制件放入微波加熱固化設備進行加熱固化。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于:雙真空袋封閉加壓部分是在待固化的碳纖維復合材料制件上封裝兩層真空袋:內部真空袋和外部真空袋，兩層真空袋相互無聯(lián)通，在內部真空袋及內部真空袋與外部真空袋之間形成真空區(qū)域，壓實待固化的碳纖維復合材料制件。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于:為避免采用微波固化碳纖維復合材料制件時碳纖維放電燒穿內層真空袋，在兩層真空袋之間增設一層耐高溫柔性材料；考慮到微波固化的要求，該耐高溫柔性材料選用不明顯反射微波且透波性好的材料，材料厚度在0.1至1mm之間。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述碳纖維復合材料制件的溫度開始持續(xù)升高時，內部真空袋和外部真空袋同時開始抽真空，并保持此狀態(tài)到預期制定的固化溫度，在所述固化溫度下充分維持一段時間后，降低碳纖維復合材料制件的溫度；當制件溫度降至常溫附近時，同時釋放內部真空袋和外部真空袋真空；所述雙真空系統(tǒng)在固化過程中內部真空袋和外部真空袋的抽真空速率和時機均分別可控。
【文檔編號】B29C35/08GK104494027SQ201410780005
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權日:2014年12月17日
【發(fā)明者】李迎光, 李楠埡, 程永波, 周靖 申請人:南京航空航天大學