纤维缠绕复合材料的微波固化工艺及装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010698684.2 (22)申请日 2020.07.20 (71)申请人 中国人民解放军火箭军工程大学 地址 710025 陕西省西安市灞桥区同心路2 号 (72)发明人 张有宏常新龙王春文胡宽 岳春国张青王伟郭一 (74)专利代理机构 西安亿诺专利代理有限公司 61220 代理人 李永刚 (51)Int.Cl. B29C 70/34(2006.01) B29C 70/54(2006.01) B29C 35/08(2006.01) B29C 33/40(2006.01)。

2、 (54)发明名称 一种纤维缠绕复合材料的微波固化工艺及 装置 (57)摘要 一种纤维缠绕复合材料的微波固化工艺， 属 于复合材料制造领域， 其特征在于： 采用缠绕方 式制得纤维缠绕复合材料； 将制得的纤维缠绕复 合材料放置于微波固化装置开始进行微波固化； 微波固化过程依次包括升温阶段、 固化阶段和冷 却阶段； 升温阶段和固化阶段均设置有多个保温 阶段； 保温阶段即在固化温度上升到预设温度值 时停止升温， 在预设时间段内维持固定温度， 预 设时间到达后再继续进行升温。 控制纤维缠绕复 合材料微波固化过程中的初始升温速率， 降低纤 维缠绕复合材料微波固化产物的孔隙率； 相较于 传统热固化过程， 。

3、可以缩短40%以上的固化周期， 降低了复合材料的生产成本； 改善了其固化产物 质量， 有利于推动微波固化广泛应用于复合材料 生产制造。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 111844804 A 2020.10.30 CN 111844804 A 1.一种纤维缠绕复合材料的微波固化工艺， 其特征在于： 首先采用湿法或干法缠绕方 式制得纤维缠绕复合材料； 将制得的纤维缠绕复合材料放置于微波固化装置开始进行微波 固化； 所述微波固化过程依次包括升温阶段、 固化阶段和冷却阶段； 所述升温阶段和固化阶 段均设置有多个保温阶段； 所述保温阶段即在固化温度上升到预设温度值时停止升温， 在 预设时间。

4、段内维持固定温度， 预设时间到达后再继续进行升温。 2.根据权利要求1所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺， 其特征在于： 所述微波固化 过程包括如下步骤： 1） 升温阶段的具体过程为： 首先使用70W的微波功率对纤维缠绕复合材料进行加热， 当 温度升至40时停止加热保持固定温度10min再继续加热； 当温度升至70时停止加热保 持固定温度10min； 2） 固化阶段的具体过程为： 温度升至固化温度70并保温10min后改用140W的微波功 率对复合材料进行加热， 当温度升至90时停止加热保持固定温度5min再继续加热； 当温 度升至110时停止加热保持固定温度35min； 3） 冷却阶段的具体。

5、过程为： 温度升至110时停止加热保持固定温度35min后进入冷却 阶段， 停止加热使纤维缠绕复合材料的温度自然冷却。 3.根据权利要求1或2所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺， 其特征在于： 所述制得 纤维缠绕复合材料的过程为： 1） 在50-70的温度下， 按配比配置环氧树脂体系胶液， 搅拌均匀， 倒入胶槽； 2） 采用数控缠绕机在模具上缠绕制作厚度为30.1mm纤维缠绕复合材料； 3） 将缠制好的纤维缠绕复合材料静置3-5h， 待不产生 “流胶” 现象完成制备。 4.根据权利要求3所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺， 其特征在于： 所述模具为聚 四氟乙烯模具。 5.根据权利要求4所述纤维。

6、缠绕复合材料的微波固化工艺， 其特征在于： 所述纤维缠绕 复合材料的组成包括： T700碳纤维复合材料、 双酚A型环氧树脂、 TDE-85环氧树脂和混合芳 香胺固化剂。 6.一种根据权利要求1所述纤维缠绕复合材料的微波固化装置， 其特征在于： 包括微波 固化腔体和PID控制系统； 所述微波固化腔体内设置一玻璃转盘； 所述玻璃转盘上设置有缠 绕模具； 所述玻璃转盘的底部设置一转轴； 所述微波固化腔体的底壁外侧设置有磁控管； 所 述微波固化腔体的侧壁上设置一红外探头； 所述红外探头、 PID控制系统和磁控管依次相电 连接。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111844804 A 2 一种纤维缠绕。

7、复合材料的微波固化工艺及装置 技术领域 0001 本发明属于复合材料制造领域， 具体涉及针对纤维缠绕复合材料制造过程中的一 种微波固化工艺及装置。 背景技术 0002 纤维增强复合材料因其具有较高的比强度、 比刚度以及良好的耐腐蚀性等诸多特 点， 在航空航天、 体育器材等领域具有广泛应用。 在类似于高压气瓶等具有鲜明回转体特性 的应用领域， 纤维缠绕复合材料具有广泛的应用。 0003 传统的复合材料制造过程中， 由于采用热压罐的固化方式， 浪费了大量能源， 造成 了复合材料成本居高不下。 在复合材料低成本化的研究中， 微波固化由于具有较热效率高、 传热均匀等突出优势， 具有广阔的发展前景。 然。

8、而在微波固化的实际应用过程中， 过快的固 化过程往往会导致在最终产物中出现较多的孔隙， 导致材料力学性能不佳。 发明内容 0004 本发明旨在解决上述问题， 提供一种可改善固化产物质量的纤维缠绕复合材料的 微波固化工艺及装置。 0005 本发明所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺， 首先采用湿法或干法缠绕方式制 得纤维缠绕复合材料； 将制得的纤维缠绕复合材料放置于微波固化装置开始进行微波固 化； 所述微波固化过程依次包括升温阶段、 固化阶段和冷却阶段； 所述升温阶段和固化阶段 均设置有多个保温阶段； 所述保温阶段即在固化温度上升到预设温度值时停止升温， 在预 设时间段内维持固定温度， 预设时间到。

9、达后再继续进行升温。 0006 本发明所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺， 所述微波固化过程包括如下步 骤： 1） 升温阶段的具体过程为： 首先使用70W的微波功率对纤维缠绕复合材料进行加热， 当 温度升至40时停止加热保持固定温度10min再继续加热； 当温度升至70时停止加热保 持固定温度10min； 2） 固化阶段的具体过程为： 温度升至固化温度70并保温10min后改用140W的微波功 率对复合材料进行加热， 当温度升至90时停止加热保持固定温度5min再继续加热； 当温 度升至110时停止加热保持固定温度35min； 3） 冷却阶段的具体过程为： 温度升至110时停止加热保持固定温度。

10、35min后进入冷却 阶段， 停止加热使纤维缠绕复合材料的温度自然冷却。 0007 本发明所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺， 所述制得纤维缠绕复合材料的过 程为： 1） 在50-70的温度下， 按配比配置环氧树脂体系胶液， 搅拌均匀， 倒入胶槽； 2） 采用数控缠绕机在模具上缠绕制作厚度为30.1mm纤维缠绕复合材料； 3） 将缠制好的纤维缠绕复合材料静置3-5h， 待不产生 “流胶” 现象完成制备。 说明书 1/3 页 3 CN 111844804 A 3 0008 本发明所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺， 所述模具为聚四氟乙烯模具。 0009 本发明所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺，。

11、 所述纤维缠绕复合材料的组成包 括： T700碳纤维复合材料、 双酚A型环氧树脂、 TDE-85环氧树脂和混合芳香胺固化剂。 0010 本发明纤维缠绕复合材料的微波固化装置， 包括微波固化腔体和PID控制系统； 所 述微波固化腔体内设置一玻璃转盘； 所述玻璃转盘上设置有缠绕模具； 所述玻璃转盘的底 部设置一转轴； 所述微波固化腔体的底壁外侧设置有磁控管； 所述微波固化腔体的侧壁上 设置一红外探头； 所述红外探头、 PID控制系统和磁控管依次相电连接。 0011 本发明纤维缠绕复合材料的微波固化工艺及装置， 可以控制纤维缠绕复合材料微 波固化过程中的初始升温速率， 降低纤维缠绕复合材料微波固化产。

12、物的孔隙率； 相较于传 统热固化过程， 可以缩短40%以上的固化周期， 降低了复合材料的生产成本； 同时， 改善了其 固化产物质量， 有利于推动微波固化广泛应用于复合材料生产制造。 附图说明 0012 图1为本发明所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺曲线示意图； 图2为本发明所述纤维缠绕复合材料的微波固化装置结构示意图； 其中1-磁控管， 2-复合材料， 3-聚四氟乙烯模具， 4-微波固化腔体， 5-红外探头， 6-玻璃 转盘， 7-转轴， 8-PID控制系统。 具体实施方式 0013 下面通过附图及实施例对本发明所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺及装置 进行详细说明。 0014 本发明所述纤维。

13、缠绕复合材料的微波固化工艺采用如图2所示的微波固化装置， 所述微波固化装置包括微波固化腔体4和PID控制系统8； 所述微波固化腔体4内设置一玻璃 转盘6； 所述玻璃转盘6上设置有缠绕模具； 所述玻璃转盘6的底部设置一转轴7； 所述微波固 化腔体4的底壁外侧设置有磁控管1； 所述微波固化腔体4的侧壁上设置一红外探头5； 所述 红外探头5、 PID控制系统8和磁控管1依次相电连接。 由红外测温探头测量反馈复合材料2的 试件温度， 通过PID控制系统8控制微波输出功率， 实现试件保温。 0015 首先采用湿法或干法缠绕方式制得纤维缠绕复合材料； 将制得的纤维缠绕复合材 料放置于微波固化装置开始进行微。

14、波固化； 所述微波固化过程依次包括升温阶段、 固化阶 段和冷却阶段； 所述升温阶段和固化阶段均设置有多个保温阶段； 所述保温阶段即在固化 温度上升到预设温度值时停止升温， 在预设时间段内维持固定温度， 预设时间到达后再继 续进行升温。 0016 本发明所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺， 如图1所示所述微波固化过程包 括如下步骤： 1） 升温阶段的具体过程为： 首先使用70W的微波功率对纤维缠绕复合材料进行加热， 当 温度升至40时停止加热保持固定温度10min再继续加热； 当温度升至70时停止加热保 持固定温度10min； 2） 固化阶段的具体过程为： 温度升至固化温度70并保温10min后。

15、改用140W的微波功 率对复合材料2进行加热， 当温度升至90时停止加热保持固定温度5min再继续加热； 当温 说明书 2/3 页 4 CN 111844804 A 4 度升至110时停止加热保持固定温度35min； 3） 冷却阶段的具体过程为： 温度升至110时停止加热保持固定温度35min后进入冷却 阶段， 停止加热使纤维缠绕复合材料的温度自然冷却。 0017 本发明所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺， 所述制得纤维缠绕复合材料的过 程为： 1） 在50-70的温度下， 按配比配置环氧树脂体系胶液， 搅拌均匀， 倒入胶槽； 所述纤 维缠绕复合材料的组成包括： T700碳纤维复合材料2、 双。

16、酚A型环氧树脂、 TDE-85环氧树脂和 混合芳香胺固化剂； 2） 采用数控缠绕机在模具上缠绕制作厚度为30.1mm纤维缠绕复合材料； 所述模具 为聚四氟乙烯模具3； 3） 将缠制好的纤维缠绕复合材料静置3-5h， 待不产生 “流胶” 现象完成制备。 0018 本发明所述纤维缠绕复合材料的微波固化工艺在达到纤维缠绕复合材料固化制 度保温阶段之前， 设置多个预保温平台， 保证纤维增强复合材料2不会因为较强的微波响应 导致升温速率过快。 在微波固化初期， 通过控制微波功率， 减缓升温过程的平均升温速率， 抑制由于升温速率过快产生的气泡膨胀等现象。 保温过程均由PID系统控制。 冷却阶段采用 自然冷。

17、却。 0019 在具体实施中， 在初始升温阶段， 首先使用70W的微波功率对复合材料2进行加热， 而当固化温度升至70后再改用140W的微波功率对复合材料2进行加热； 其次， 在固化温度 控制方面， 采取 “台阶式” 的控温措施来防止复合材料2升温过快。 在升温阶段， 设置多个预 保温平台， 实现初始升温阶段功率的有效控制， 避免升温速率过快造成产物内存在过多的 孔隙， 影响产物质量。 在控制温度的过程中， 红外探头5测量的到纤维缠绕复合材料试件表 面温度， 将温度信号传输到PID控制系统8， 控制系统根据反馈信号， 输出控制电压， 通过控 制磁控管1的工作电压， 改变输出功率， 从而达到在固定温度平台保温的目的。 经试验发现 原微波固化工艺(未设置预保温平台)固化的纤维缠绕复合材料的孔隙率为1.68%2.13%； 经本实施例所述改进后的微波固化工艺固化的纤维缠绕复合材料的孔隙率为0.82% 1.15%。 0020 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当明确， 在不脱离本发明原理的前提下， 做出的修改也为本发明的保护范围。 说明书 3/3 页 5 CN 111844804 A 5 图1 图2 说明书附图 1/1 页 6 CN 111844804 A 6 。