抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法
【专利摘要】一种抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法，其特征是采用至少以下一种方法，一种是用导电胶带或气体阻隔介质粘贴在碳纤维增强复合材料零部件容易发生放电击穿的区域，起到屏蔽微波、分散感应电流和阻隔气体介质的作用；另一种是使用惰性气体或电负性气体充入到密封碳纤维增强复合材料零部件的真空袋中或密闭加热环境中，采用抽真空的方法，降低碳纤维增强复合材料零部件周围环境的气压，提高放电击穿最高电压值。本发明能够抑制和消除碳纤维增强复合材料在微波固化过程中产生的碳纤维放电击穿现象，避免复合材料在成型过程中的烧蚀和毁坏。
【专利说明】抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合材料热固成形技术，尤其是一种利用微波加热固化复合材料零部件的技术，具体地说是一种抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法。
【背景技术】
[0002]微波是一种具有特定频率的电磁波，通常用于雷达、通讯、环境遥感、医学诊断和材料加热等【技术领域】。材料在电磁场的作用下，从原来的随机分布状态转变为依电磁场方向进行取向排列极化。极化后产生的极化强度矢量落后于外电场一个角度，导致与电场相同的电流产生，构成了材料内部的功率耗散,将微波能转变成热能,能够对材料进行里外均匀的加热。其加热固化时间短、温度易于控制、能耗低，适于成型高性能复合材料构件，是一种新型的复合材料加热固化方法，具有极大的发展前景。
[0003]同时，由于碳纤维具有一定的导电能力，在微波场中会产生感应电流，感应电流在长径比较大的碳纤维周围产生感应电场。在感应电场较强的区域，碳纤维之间容易发生放电击穿。由于放电温度高达数千度，此类现象在直接导致复合材料及真空袋烧蚀，严重则使得复合材料在成型设备中燃烧，威胁设备和操作人员生命安全。目前，国内外均未见到如何解决此难题的报道，此难题如无法得到解决，微波固化碳纤维增强复合材料工艺无法在工业领域得到广泛应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对复合材料微波固化过程中会产生感应电流而产生放电击穿，影响固化质量的问题，发明一种抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法，同时公开一种相应的固化装置的结构。
[0005]本发明的技术方案之一是:
一种抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法，其特征是采用导电胶带或气体阻隔介质粘贴在碳纤维增强复合材料零部件容易发生放电击穿的区域，起到屏蔽微波、分散感应电流和阻隔气体介质的作用；所述导电胶带能够承受碳纤维增强复合材料零部件固化时的高温而不融化或变性，其在20°C时的电阻率在8Χ10_4Ωπι以下；所述气体阻隔介质可为柔性耐高温合成橡胶胶带或耐高温树脂材料，粘贴或涂抹在复合材料容易放电击穿的区域，气体阻隔介质的电阻率在ΙΟΩπι以上。
[0006]本发明的技术方案之二是:
一种抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法，其特征是使用惰性气体或电负性气体充入到密封碳纤维增强复合材料零部件的真空袋中或密闭加热环境中，采用抽真空的方法，降低碳纤维增强复合材料零部件周围环境的气压，提高放电击穿最高电压值；所述惰性气体为:氮气、氦气、氖气或氩气中的一种或一种以上的组合，所述电负性气体为六氟化硫；抽真空后真空袋或密闭加热环境中的压力值在10Pa至0.0OOlPa之间。密闭环境不抽真空时压力值在0.6MPa至0.1Mpa之间，抽真空时压力值在10Pa至0.0OOlPa之间。
[0007]—种抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法，其特征是采用上述两种方法中的任一种或两种的组合进行。
[0008]所述的碳纤维增强复合材料零部件为树脂基或陶瓷基的连续、短切或颗粒碳材料增强的复合材料零部件。树脂基包含:酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂中的一种或其改性树脂；陶瓷基包含:氧化铝、氧化锆、氮化硅、氮化硼、碳化硅、硼化锆中的一种或其改性。
[0009]所述的微波频率是在300MHz至300GHz之间的固定频率、变化频率、连续功率或脉冲功率的任意一种或其组合的微波形式。
[0010]本发明的有益效果:
本发明能够抑制和消除碳纤维增强复合材料在微波固化过程中产生的碳纤维放电击穿现象，避免复合材料在成型过程中的烧蚀和毁坏，保护成型装置，为微波固化碳纤维增强复合材料的工业应用提供理论和技术支持。
[0011 ] 本发明解决了高性能碳纤维增强复合材料在微波场中固化时存在的放电烧蚀问题，具有广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明无击穿固化装置的结构示意图。
[0013]图中:1成型模具，2真空袋，3导电胶带，4复合材料预浸料，5抽真空接口，6充气接口。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0015]一种抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法，主要针对微波频率在300MHz至300GHz之间、固定频率、变化频率、连续功率和脉冲功率的任意一种或其组合的微波形式，碳纤维增强复合材料零部件为树脂基或陶瓷基的连续、短切或颗粒碳材料增强的复合材料零部件。树脂基包含:酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂中的一种或其改性树脂；陶瓷基包含:氧化铝、氧化锆、氮化硅、氮化硼、碳化硅、硼化锆中的一种或其改性；具体方法可采用以下两种的任一种或两种同时进行，同时进行时一般先按第一种方法操作结束后再采用第二种方法进行。两种方法分别为:
第一种方法:
采用导电胶带或气体阻隔介质粘贴在碳纤维增强复合材料零部件容易发生放电击穿的区域，起到屏蔽微波、分散感应电流和阻隔气体介质的作用；所述导电胶带能够承受碳纤维增强复合材料零部件固化时的高温而不融化或变性，其在20°C时的电阻率在8Χ10_4Ωπι以下；所述气体阻隔介质可为柔性耐高温合成橡胶胶带或耐高温树脂材料，粘贴或涂抹在复合材料容易放电击穿的区域，气体阻隔介质的电阻率在ΙΟΩπι以上。具体实施时，导电胶带或气体阻隔介质两种方法可采用一种，也可同时采用。
[0016]第二种方法:
使用惰性气体或电负性气体充入到密封碳纤维增强复合材料零部件的真空袋中或密闭加热环境中，采用抽真空的方法，降低碳纤维增强复合材料零部件周围环境的气压，提高放电击穿最高电压值；所述惰性气体为:氮气、氦气、氖气或IS气中的一种或一种以上的组合，所述电负性气体为六氟化硫；抽真空后真空袋或密闭加热环境中的压力值在10Pa至0.0OOlPa之间。具体实施时，惰性气体或电负性气体可单独采用，也可同时采用。
[0017]综上所述，本发明实际上有四种具体的实施方法，它们可单独实施，也可任意组合实施。
[0018]下面结合附图作进一步的说明。
[0019]如图1所示。
[0020]一种抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法，首先，将裁剪好的碳纤维增强环氧树脂基复合材料预浸料4铺放在成型模具I表面形成所需的碳纤维增强复合材料零部件，在其周围容易发生放电击穿的区域粘贴导电胶带3，本实施例采用铝胶带。封装真空袋2，在真空袋周围设置抽真空接口 5和充气接口 6。真空袋面积为0.8平方米，抽真空接口 5接高真空泵，充气接口 6接惰性气体或电负性气体瓶接口，本实施例采用氮气，气体流量为100ml/min。固化时先开启真空泵测试真空袋的气密性，真空袋压力在1Pa (以控制在10Pa至0.0OOlPa之间为宜)左右，且20分钟内不下降即可。其次，将气体充入封装好的真空袋中，控制气体流量，待15分钟后，再开启真空泵。抽真空直至真空压力达到
0.0lPa。此时，导电胶带被充分压实在复合材料容易放电击穿的区域，在微波场中固化时起到屏蔽微波和均匀分散碳纤维中感应电流的作用。在高真空和惰性气体件下，气体稀薄，放电击穿电场强度提高，惰性气体起到烧蚀抑制作用。三种条件同时采用，有效抑制和消除了碳纤维复合材料的放电击穿。固化成形后的零部件质量完好，无气泡，经射线检测无内部缺陷。
[0021]本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法，其特征是采用导电胶带或气体阻隔介质粘贴在碳纤维增强复合材料零部件容易发生放电击穿的区域，起到屏蔽微波、分散感应电流和阻隔气体介质的作用；所述导电胶带能够承受碳纤维增强复合材料零部件固化时的高温而不融化或变性，其在20°c时的电阻率在8Χ10_4Ωπι以下；所述气体阻隔介质可为柔性耐高温合成橡胶胶带或耐高温树脂材料，粘贴或涂抹在复合材料容易放电击穿的区域，气体阻隔介质的电阻率在ΙΟΩπι以上。
2.一种抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法，其特征是使用惰性气体或电负性气体充入到密封碳纤维增强复合材料零部件的真空袋中或密闭加热环境中，降低碳纤维增强复合材料零部件周围环境的气压，提高放电击穿最高电压值；所述密闭环境可抽真空，也可不抽真空；所述惰性气体为:氮气、氦气、氖气或氩气中的一种或一种以上的组合，所述电负性气体为六氟化硫；抽真空后真空袋或密闭加热环境中的压力值在10Pa至0.0OOlPa之间；密闭环境不抽真空时压力值在0.6MPa至0.1Mpa之间，抽真空时压力值在10Pa 至 0.0OOlPa 之间。
3.一种抑制微波固化碳纤维增强复合材料放电击穿的方法，其特征是采用权利要求1所述方法及权利要求2所述方法中的任一种或两种的组合进行。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述的碳纤维增强复合材料零部件为树脂基或陶瓷基的连续、短切或颗粒碳材料增强的复合材料零部件；树脂基包含:酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂中的一种或其改性树脂；陶瓷基包含:氧化铝、氧化锆、氮化硅、氮化硼、碳化硅、硼化锆中的一种或其改性。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述的微波频率是在300MHz至300GHz之间的固定频率、变化频率、连续功率或脉冲功率的任意一种或其组合的微波形式。
【文档编号】B29C70/54GK104139533SQ201410298188
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】李迎光, 李楠垭, 杭翔, 周靖, 吴晓春 申请人:南京航空航天大学