一种自适应便携式微波加热修理袋、制造工艺及使用方法与流程

1.本发明涉及航空装备机体结构微波固化修理技术领域，具体为一种自适应便携式微波加热修理袋、制造工艺及使用方法。


背景技术：

2.胶接修复技术是飞机结构常用的一种损伤修理技术。在胶接修复中，胶粘剂的固化工艺对修复质量影响很大。而传统的热传导加热固化技术，普遍存在着传热速度慢、温度梯度大、固化不均匀和固化速率低等问题，且“热影响区”问题难以解决，严重影响了飞机胶接修理质量。
3.微波固化能较好地克服传统固化技术的不足，并能大大缩短维修时间和降低修理费用，具有较好的应用开发前景。而目前微波固化，尤其是便携式微波固化技术进入工程化应用的主要问题在于现在的便携式微波固化腔体本身的能量非常不均匀且需要配合特定的吸波胶黏剂才能使用，限制较大，修理后的胶接质量难以保障。
4.现有的一部分研究者专注于对微波固化设备本身进行改进，通过采用六棱柱形的微波固化腔体，六个面均含有发射源，但该技术更适用于微波固化炉；另一部分研究者通过采用碳化硅辅助传热或者硬板片传热，这对于曲面或者较复杂的表面是不适用的，而飞机结构中基本上不存在较大范围的连续平面，因此碳化硅板等硬质材料无法胜任。


技术实现要素：

5.为了解决现有利用固化材料本身吸波属性固化时产生的吸波效率低、固化速度慢、本体力学性能差等问题，本发明提出了一种自适应便携式微波加热修理袋、制造工艺及使用方法。通过吸波袋吸收微波能量，快速升温，快速导热，在加快固化速度的同时，使得基体均匀受热，提高修理强度，且利用本发明，可以不受修理材料属性影响，在进一步提升修理区域强度的同时扩大微波固化技术的应用范围。
6.本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
7.一种自适应便携式微波加热修理袋，包括待修理件，还包括：
8.真空袋膜，通过密封胶条连接在待修理件上；
9.脱模布、隔离膜，依次设置在待修理件的修理区域上方，被真空袋膜覆盖；
10.自适应便携式吸波袋，设置在真空袋膜上方，用于使基体均匀受热的同时加快固化速度；
11.便携式微波辐射器腔体，侧壁上设有穿孔，用于将自适应便携式吸波袋覆盖；
12.封装组件，设置在便携式微波辐射器腔体外部，通过穿孔伸入到便携式微波辐射器腔体内与自适应便携式吸波袋相连通。
13.优选地，所述真空袋膜与待修理件之间且位于待修理件修理区域四周设有透气毡，所述透气毡设有真空座，所述真空座连接有真空嘴以及高压真空管，所述真空嘴以及高压真空管位于真空袋膜外。
14.优选地，所述封装组件包括一端通过穿孔伸入便携式微波辐射器腔体内与自适应便携式吸波袋相连通的低压真空管、与低压真空管连通的吸附剂管，所述吸附剂管位于便携式微波辐射器腔体外部。
15.优选地，所述自适应便携式吸波袋上设有导流条。
16.优选地，所述封装组件包括两端通过穿孔便携式微波辐射器腔体内与自适应便携式吸波袋相连通的回流管、外套在回流管上的冷凝水套，所述冷凝水套位于便携式微波辐射器腔体外部，所述回流管为可拆卸结构。
17.优选地，所述自适应便携式吸波袋上设有与回流管两端对应连通的回流口、排气口，所述冷凝水套通过夹具夹持向下，朝向回流管连接回流口的一端。
18.一种自适应便携式微波加热修理袋的使用方法，应用自适应便携式微波加热修理袋，具体步骤如下：
19.(a)通过真空嘴以及高压真空管对真空袋膜内部进行真空加压至规定压力；
20.(b)自适应便携式吸波袋内装入吸波液，然后通过低压真空管连接带有压力可调的真空泵；
21.(c)使用前需检查自适应便携式吸波袋内的液体量是否满足要求，若低于安全液体量时则需要重新补充吸波液；
22.(d)根据胶接材料的固化要求进行微波固化，加热修理后将自适应便携式吸波袋取出。
23.一种自适应便携式微波加热修理袋的使用方法，应用自适应便携式微波加热修理袋，具体步骤如下：
24.(a)通过真空嘴以及高压真空管对真空袋膜内部进行真空加压至规定压力；
25.(b)使用夹具夹持冷凝水套使其向下，朝向回流管连接回流口的一端；
26.(c)根据胶接材料的固化要求进行微波固化，加热修理后将自适应便携式吸波袋取出。
27.一种自适应便携式微波加热修理袋的制造工艺，应用于自适应便携式微波加热修理袋，具体步骤如下：
28.(一)吸波液选择：考虑高阻抗，高导热性能因素，选择在微波加热的条件下，吸波液内外部温差不超过15℃，特定功率下升温速率不小于5/min的液体；
29.(二)吸波袋选材：考虑透波、传热、耐高温性能因素，选择在长期微波环境下，吸波袋体本身温度升高不高于5℃，最高使用温度大于150℃，且不发生降解、变形，产生有毒有害气体的材质；
30.(三)封装工艺影响分析：选择三种封装工艺，并以高导热硅胶材料为吸波袋材料、纯净水为吸波液，验证三种封装工艺，确定选择第二种和第三种封装工艺。
31.进一步地，三种封装工艺分别为：第一种：直接将吸波液装入吸波袋中密封，并抽真空；
32.第二种：将吸波液装入袋内不进行密封，袋体上压制导流条，连接上低压真空管，管上安装吸附剂管，同时连接真空泵，真空泵压力可调节；
33.第三种：将吸波液装入袋内抽真空后密封，袋体上连接有回流管，回流管上套有冷凝水套，并通过夹具向下夹持。
34.本发明的有益效果是：
35.本发明通过对吸波液的选择、吸波袋的选材以及封装工艺上的分析选用，制造了一种自适应便携式微波加热修理袋，在加快固化速度的同时，使得基体均匀受热，提高了修理强度，并且可以不受修理材料属性影响，在进一步提升修理区域强度的同时扩大微波固化技术的应用范围；此外，本发明采用液体吸波、外袋透波的方式，在实现快速加热的前提下，有效保证袋内温度均匀；适用于飞机不同结构的修理面，减少了对修理材料体系的限制。
附图说明
36.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
37.图1为本发明实施例一中修理袋的使用示意图；
38.图2为本发明实施例一中修理袋的正视结构示意图；
39.图3为本发明实施例一中修理袋的侧视结构示意图；
40.图4为本发明实施例二中修理袋的使用示意图；
41.图5为本发明实施例二中修理袋的正视结构示意图。
42.图中：1、真空袋膜；2、透气毡；3、低压真空管；4、待修理件；5、脱模布；6、隔离膜；7、自适应便携式吸波袋；8、真空座；9、密封胶条；10、便携式微波辐射器腔体；11、吸附剂管；12、真空嘴；13、高压真空管；14、导流条；15、回流管；16、冷凝水套；17、排气口；18、回流口；19、夹具。
具体实施方式
43.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。
44.一种自适应便携式微波加热修理袋的制造工艺，主要包括以下步骤：
45.(一)吸波液选择
46.吸波液可在微波场下迅速吸波产热，因此需要高阻抗，高导热性能，选择在微波加热的条件下，吸波液内外部温差不超过15℃，特定功率下升温速率不小于5/min的液体。
47.在本发明中，主要对比了纯净水、丙二醇、丙三醇、含铜粉硅油、含石墨烯硅油、含纳米石墨烯凝胶等六种材质液体，将其置于方形器皿内，液体总高度为10mm，研究其深度方向液面下2mm、液面下5mm、底部的温度(温度计放漆面中心位置)和平面方向方形器皿底面五个位置的温度。结果如下表一和表二所示。
48.表一、深度方向不同液体温差
49.吸波液材质液面下2mm/℃液面下5mm/℃底部/℃纯净水91.69289.5丙二醇67.271.865.3丙三醇53.140.935.2含铜粉硅油(加热前混匀)35.760.5110.1含纳米石墨烯硅油(加热前混匀)88.690.796.8含纳米石墨烯凝胶90.595.399.5
50.表二、平面方向不同液体温差
[0051][0052][0053]
通过上述两个表可知，含铜粉硅油液体的深度方向温差较大是因为铜粉静置后发生沉降速度较快，且不均匀，这也导致平面方向温差较大。丙三醇本身的导热系数小，因此温差也大，二者均不适合作为吸波液材料，其他四种可根据需要选择。
[0054]
不同吸波液体的选择主要根据修理所用胶黏剂的固化程序，下表作为参考。
[0055]
表三
[0056]
吸波液胶黏剂固化工艺纯净水最大加热温度小于90℃丙二醇最大加热温度小于150℃含纳米石墨烯凝胶最大加热温度小于120℃
[0057]
(二)吸波袋选材
[0058]
作为微波加热修理袋，需要袋体有良好的透波、传热、耐高温性能。选择在长期微波环境下，吸波袋体本身温度升高不高于5℃，最高使用温度大于150℃，且不发生降解、变形，产生有毒有害气体的材质。
[0059]
在本发明中，对比聚四氟乙烯膜、聚乙烯、高导热硅胶三种材质。在100℃沸水之后，利用红外探测器测其表面温度发现，三者差别较小。在袋内装50ml水之后，放入微波辐射器内，300w加热5min后，高导热硅胶表面温度与液体温度差距最小，因此，高导热硅胶作为吸波袋的外袋材料。
[0060]
(三)封装工艺影响分析：
[0061]
本发明对比了三种封装工艺；
[0062]
第一种：直接将液体装入袋内密封，并抽真空。
[0063]
第二种：将液体装入袋内不进行密封，袋体上压制导流条14，连接上低压真空管3，管上安装吸附剂管11，同时连接真空泵，真空泵压力可调节。
[0064]
第三种：使用带有排气口17和回流口18的吸波袋，排气口17和回流口18对应连接有回流管15，液体装入袋内抽真空后封装，回流管15内部在使用前需排空液体，吸波袋上的排气口17位于吸波袋边缘位置上端，吸波袋上的回流口18位于吸波袋边缘位置侧边，并在回流管15的管外套上冷凝水套16，并用夹具19夹持使其向下，保持回流管15的液体流向，降低气体温度使液体回流，该回流管15为可拆卸结构。
[0065]
以高导热硅胶作为外袋材料，纯净水作为吸波液，验证封装工艺的影响，微波加热条件设置为500w连续工作10min。
[0066]
结果显示第一种封装工艺下密封袋内会产生气泡，使得吸波袋膨胀，加热受阻，继续延长加热时间或功率，吸波袋将爆炸，吸波液将流出；第二种封装工艺下，真空袋不会产生膨胀，基本无气泡可以持续工作，但随着工作时间不断延长，吸波袋内液体不断减少，排气孔位置温度较低，因此在此基础上根据不同袋体大小，研究设定了安全液体量，低于该值时需重新补液，使用前需检查液体量是否满足要求，使用过程中不可补液。第三种封装工艺下，袋内液体可以有效回流，吸波袋内仍有少量气体，持续加热，气体不会增多，回流管位置温度不稳定。在考察了不同封装工艺的吸波袋之后，第二种和第三种的工艺温度均匀性温差值在15℃以内，因此第二种和第三种方案是可取的。
[0067]
实施例一、
[0068]
应用上述制造工艺中第二种封装工艺的自适应便携式微波加热修理袋，包括待修理件4、设置在待修理件4上的真空袋膜1，所述真空袋膜1通过密封胶条9铺设连接在待修理件4上，真空袋膜1内且位于待修理件4修理区域上方的脱模布5、隔离膜6，待修理件修理区域四周处铺设有透气毡2，透气毡2上放置有真空座8，真空座8连接有真空嘴12以及高压真空管13，所述真空嘴12以及高压真空管13位于真空袋膜1外，通过真空嘴12及高压真空管13在使用时，对由真空袋膜1与待修理件4之间形成的真空袋进行抽真空加压。
[0069]
还包括设置在真空袋膜1上的自适应便携式吸波袋7，所述自适应便携式吸波袋7上设有若干个导流条14，以用于使自适应便携式吸波袋7装入液体后，平稳液面高度。所述自适应便携式吸波袋7的外部外加有便携式微波辐射器腔体10，所述便携式微波辐射器腔体10上开设有穿孔。
[0070]
所述自适应便携式吸波袋7连通有低压真空管3，所述低压真空管3上连通有吸附剂管11，所述吸附剂管11用于吸附排出的蒸汽气体。所述吸附剂管11位于便携式微波辐射器腔体10外部，所述低压真空管3通过穿孔与自适应便携式吸波袋7连通，使用时，所述低压真空管3的另一端连接压力可调的真空泵。
[0071]
应用上述制造工艺中第二种封装工艺的自适应便携式微波加热修理袋的使用方法，具体步骤如下：
[0072]
(a)通过真空嘴12以及高压真空管13对真空袋膜1内部进行真空加压至规定压力；
[0073]
(b)自适应便携式吸波袋7内装入吸波液，然后通过低压真空管3连接带有压力可调的真空泵；
[0074]
(c)使用前需检查自适应便携式吸波袋7内的液体量是否满足要求，若低于安全液
体量时则需要重新补充吸波液；
[0075]
(d)根据胶接材料的固化要求进行微波固化，热完后将自适应便携式吸波袋7取出。
[0076]
实施例二、
[0077]
应用上述制造工艺中第三种封装工艺的自适应便携式微波加热修理袋，包括待修理件4、设置在待修理件4上的真空袋膜1，所述真空袋膜1通过密封胶条9铺设连接在待修理件4上，真空袋膜1内且位于待修理件4修理区域上方的脱模布5、隔离膜6，待修理件修理区域四周处铺设有透气毡2，透气毡2上放置有真空座8，真空座8连接有真空嘴12以及高压真空管13，所述真空嘴12以及高压真空管13位于真空袋膜1外，通过真空嘴12及高压真空管13在使用时，对由真空袋膜1与待修理件4之间形成的真空袋进行抽真空加压。
[0078]
还包括设置在真空袋膜1上的自适应便携式吸波袋7，所述自适应便携式吸波袋7的外部外加有便携式微波辐射器腔体10，所述便携式微波辐射器腔体10上开设有穿孔。
[0079]
所述自适应便携式吸波袋7上对应设有排气口17、回流口18，所述排气口17位于自适应便携式吸波袋7边缘位置上端，所述回流口18位于自适应便携式吸波袋7边缘位置侧边，所述排气口17、回流口18对应连接一个回流管15，所述回流管15通过便携式微波辐射器腔体10上的穿孔与排气口17、回流口18相连通，所述回流管15上位于便携式微波辐射器腔体10外的管部上套有冷凝水套16，还设有将冷凝水套16夹持的夹具19，通过夹具19使冷凝水套16向下，朝向回流管15连接回流口18的一端，以保证冷凝水套16的液体流向，使得经过冷凝形成的液体通过回流口18重新回流到自适应便携式吸波袋7内。所述回流管15为可拆卸结构。
[0080]
应用上述制造工艺中第三种封装工艺的自适应便携式微波加热修理袋的使用方法，具体步骤如下：
[0081]
(a)通过真空嘴12以及高压真空管13对真空袋膜1内部进行真空加压至规定压力；
[0082]
(b)使用夹具19夹持冷凝水套16，使回流管15上连接回流口18的一端朝下；
[0083]
(c)根据胶接材料的固化要求进行微波固化，热完后将自适应便携式吸波袋7取出。
[0084]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。