一种高分子复合材料微波加热装置及方法与流程

1.本技术涉及一种高分子复合材料微波加热装置及方法。


背景技术：

2.高分子复合材料的种类非常多，利用碳纤维与树酯复合得到满足参数要求的高分子复合材料，碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。碳纤维在与树脂类材料复合时，需要进行结构控制，现在多是采用电加热的方式进行，电加热的效率相对较低，降低了操作效率，同时也不利于提高高分子复合材料的质量。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本技术一方面提出了一种高分子复合材料微波加热装置，包括一保护腔体，在保护腔体内设置有按压加热部；所述按压加热部包括上压板和下压板，在上压板和下压板之间设置有用于容纳高分子复合材料的加热腔，在上压板和/或下压板上设置有若干微波加热器，所述微波加热器的微波发射方向朝向加热腔设置。本技术对于高分子复合材料采用边加压、边微波加热的处理方式，具有较好的热效率，相对于电热器不容易导致复合材料过热损坏，也可以降低加热塑形处理的时间，提高工作效率。
4.优选的，在保护腔体的至少一侧设置有操作通道，在操作通道的侧部设置有取样机构；所述取样机构包括设置在加热腔底部的若干承接部，所述承接部与一伸缩动力件动力相连；所述下压板上设置有与承接部配合设置的定位槽。
5.优选的，所述承接部为横向支撑板或者若干横向设置的横向支撑杆，所述伸缩动力件包括一与承接部相连的连接件，连接件与一动力杆相连，所述动力杆与一动力源相连。
6.优选的，所述连接件为一进给滑块，所述动力杆为一进给螺杆，所述动力源为进给电机。
7.优选的，所述连接件为一连接块，所述动力杆为一进给活塞杆，所述动力源为与进给活塞杆配合设置的进给活塞。本技术可采用两侧设置取样机构的方式，使得可以持续的一侧做进料准备，一侧做出料准备，提高进行微波加热的保护腔体的使用效率。
8.优选的，还包括一侧向挤压部；所述侧向挤压部包括一与加热腔配合设置的挤压板，在挤压板远离加热腔的一侧设置有斜向上设置的侧向活塞缸，侧向活塞杆伸出侧向活塞缸与挤压板固连设置。
9.优选的，所述上压板和下压板上分别设置有加热模组；所述加热模组按照如下方式设置：所述加热模组包括若干交错分布的微波模块，在上压板的微波模块和下压板上的微波模块也采用非相对设置的形式；所述微波模块包括不少于4个微波加热器，所述微波加
热器的发射头为矩形；所述微波模块包括呈环形设置的第一加热器、第二加热器、第三加热器、第四加热器；所述第一加热器的长轴和第二加热器、第四加热器的长轴垂直设置；所述第三加热器的长轴和第二加热器、第四加热器的长轴垂直设置，所述第一加热器、第二加热器、第三加热器、第四加热器的中心连线后为正方形；所述第一加热器、第二加热器、第三加热器、第四加热器的中心设置有中心加热器，所述中心加热器的发射头为正方形。
10.优选的，所述第一加热器和第三加热器向背离彼此的方向倾斜设置，倾斜角度为60-70
°
；所述第二加热器和第四加热器向背离彼此的方向倾斜设置，倾斜角度为60-70
°
；所述中心加热器的方向垂直朝下设置。本技术为了达到使用微波对于高分子复合材料加热，做了如下方面的探索，如果只是利用微波加热器朝向复合材料，加热效率偏低，而对于微波加热器按照如上的方式进行改进之后，且对于复合材料持续施压，变换其内部物质的位置，则可以有一个较好的加热效率，更好的达到复合材料微波加热的目的。
11.另一方面，本技术还提出了一种高分子复合材料微波加热方法，包括如下步骤：
12.通过取样机构通过操作通道将高分子复合材料放入到按压加热部的加热腔体内；
13.通过上压板和/或下压板上的若干微波加热器进行加热，在加热的过程中进行加压，加压成型之后得到成型复合物，再利用取样机构将成型复合物取出。
14.优选的，加热时的高分子复合材料的温度为170-200℃，加热加压的时间为50-60min，加压的压力为1-10mpa；所述高分子复合材料为碳纤维树脂复合材料。
15.本技术能够带来如下有益效果：
16.1.本技术对于高分子复合材料采用边加压、边微波加热的处理方式，具有较好的热效率，相对于电热器不容易导致复合材料过热损坏，也可以降低加热塑形处理的时间，提高工作效率。
17.2.本技术可采用两侧设置取样机构的方式，使得可以持续的一侧做进料准备，一侧做出料准备，提高进行微波加热的保护腔体的使用效率。
18.3.本技术为了达到使用微波对于高分子复合材料加热，做了如下方面的探索，如果只是利用微波加热器朝向复合材料，加热效率偏低，而对于微波加热器按照如上的方式进行改进之后，且对于复合材料持续施压，变换其内部物质的位置，则可以有一个较好的加热效率，更好的达到复合材料微波加热的目的。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
20.图1为本技术的结构示意图。
21.图2为微波模块的结构示意图。
具体实施方式
22.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本技术进行详细阐述。
23.本技术是一种用于高分子复合材料，如碳纤维树脂复合材料，的加热压制整形的装置，以及用该装置进行加工的方法。
24.如图1-2所示，一种高分子复合材料微波加热装置，包括一保护腔体1，在保护腔体1内设置有按压加热部；按压加热部包括上压板3和下压板4，在上压板3和下压板4之间设置有用于容纳高分子复合材料的加热腔5，在上压板3和/或下压板4上设置有若干微波加热器6，微波加热器6的微波发射方向朝向加热腔5设置。在保护腔体1的至少一侧设置有操作通道7，在操作通道7的侧部设置有取样机构8；取样机构8包括设置在加热腔5底部的若干承接部9，承接部9与一伸缩动力件10动力相连；下压板4上设置有与承接部9配合设置的定位槽11。承接部9为横向支撑板或者若干横向设置的横向支撑杆，伸缩动力件10包括一与承接部9相连的连接件12，连接件12与一动力杆13相连，动力杆13与一动力源14相连。
25.连接件12可以设置为滑块螺杆的形式，即连接件12为一进给滑块，动力杆13为一进给螺杆，动力源14为进给电机；也可以是活塞的形式，连接件12为一连接块，动力杆13为一进给活塞杆，动力源14为与进给活塞杆配合设置的进给活塞。
26.还包括一侧向挤压部；侧向挤压部包括一与加热腔5配合设置的挤压板16，在挤压板16远离加热腔5的一侧设置有斜向上设置的侧向活塞缸17，侧向活塞杆18伸出侧向活塞缸17与挤压板16固连设置。上压板3和下压板4上分别设置有加热模组19；加热模组19按照如下方式设置：加热模组19包括若干交错分布的微波模块20，在上压板3的微波模块20和下压板4上的微波模块20也采用非相对设置的形式；微波模块20包括不少于4个微波加热器6，微波加热器6的发射头为矩形；微波模块20包括呈环形设置的第一加热器21、第二加热器22、第三加热器23、第四加热器24；第一加热器21的长轴和第二加热器22、第四加热器24的长轴垂直设置；第三加热器23的长轴和第二加热器22、第四加热器24的长轴垂直设置，第一加热器21、第二加热器22、第三加热器23、第四加热器24的中心连线后为正方形；第一加热器21、第二加热器22、第三加热器23、第四加热器24的中心设置有中心加热器25，中心加热器25的发射头为正方形。第一加热器21和第三加热器23向背离彼此的方向倾斜设置，倾斜角度为60-70
°
；第二加热器22和第四加热器24向背离彼此的方向倾斜设置，倾斜角度为60-70
°
；中心加热器25的方向垂直朝下设置。
27.在使用时，包括如下步骤：
28.通过取样机构8通过操作通道7将碳纤维树脂复合材料放入到按压加热部的加热腔5体内；然后再利用侧向活塞缸17内的侧向活塞杆18伸出，侧向活塞杆18带动侧向的挤压板16抵接在上压板3和下压板4之外，从而避免碳纤维树脂复合材料外溢；
29.通过上压板3和/或下压板4上的若干微波加热器6进行加热，在加热的过程中进行加压(上压板3可以大幅度移动起到方便取放的作用，下压板4可以小幅移动，起到承接以及调整的作用)，加压成型之后得到成型复合物，再利用另一侧的取样机构8将成型复合物取出。
30.加热时的碳纤维树脂复合材料的温度为170-200℃，加热加压的时间为50-60min，加压的压力为1-10mpa。
31.取含有60wt％环氧树脂的碳纤维树脂复合材料，厚度为100mm，在50-60min内预压到10mm内。
32.(1)将第一加热器21、第二加热器22、第三加热器23、第四加热器24倾斜角度调整为60
°
，调整加热效率，使得复合材料的侧部表面温度为200℃，加压压力为1mpa，所需要的时间为50.3min；
33.(2)将第一加热器21、第二加热器22、第三加热器23、第四加热器24倾斜角度调整为70
°
，调整加热效率，使得复合材料的侧部表面温度为170℃，加压压力为10mpa，所需要的时间为69.8min；
34.(3)将第一加热器21、第二加热器22、第三加热器23、第四加热器24倾斜角度调整为70
°
，调整加热效率，并将下压板的微波加热器关闭，但依然调整上压板上的微波加热器使得复合材料的侧部表面温度为170℃，加压压力为10mpa，所需要的时间为92.3min；
35.(4)将第一加热器21、第二加热器22、第三加热器23、第四加热器24倾斜角度调整为70
°
，加热时关闭中心加热器25，调整加热效率，使得复合材料的侧部表面温度为170℃，加压压力为10mpa，所需要的时间为153.5min，在完毕之后表面有明显的缝隙产生痕迹，推测曾经发生过压裂；
36.(5)将第一加热器21、第二加热器22、第三加热器23、第四加热器24倾斜角度调整为50
°
，调整加热效率，使得复合材料的侧部表面温度为170℃，加压压力为10mpa，所需要的时间为210.3min，在完毕之后表面有明显的缝隙产生痕迹，推测曾被压裂。
37.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。