碳纤维增强树脂基复合材料微波固化技术

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1、COMPOSlTES复合材料碳纤维增强树脂基复合材料微波固化技术木MicrowaveCuringofCarbonFiberReinforcedComposites中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司文友谊文琼华李帆南京航空航天大学机电学院李迎光李楠垭【摘要】为解决传统复合材料成型工艺存在的生产周期长和制造成本高的问题，结合飞机型号研制中对复合材料成型技术的迫切需求，提出一种微波加热固化碳纤维增强树脂基复合材料构件的工艺方法，对比研究微波固化和电加热固化对树脂基复合材料固化度和玻璃化转变温度的影响规律。结果

2、表明：微波固化显著加快了复合材料的固化过程，在相同的工艺条件下，微波固化复合材料的固化度明显高于传统电加热工艺的固化度；微波固化复合材料的玻璃化转变温度则略高于电加热工艺。关键词：碳纤维增强复合材料微波固化成型工艺【ABSTRACT】Inordertotackletheproblemsoflongproductiondurationsandhighcostspersistintheprocessingofcomposites，togetherwiththeconsiderationofthedemandint

3、hemanufacturingofcompositepartsinsometypeofaircraft，amicrowaveheatingprocess—ingmethodisproposedforthecuringofthecarbonfiberreinforcedcomposites，bywhichtheinfluencingrulesofthedegreeofcureandtheglasstransitiontemperatureofthemicrowavecuredandconventionalhea

4、tingcuredcarbonfiberreinforcedcompositesaredetermined．Theexperimentalresultsshowthatthemicrowaveheatingprocessapparentlyacceleratesthecuringprocessofthecomposites．Underthesameprocessingrules，microwaveprocessedcompositeshavehigherdegreesofcureandslightlyhigh

5、erglasstransitiontemperaturecomparedwiththeconventionalheatingprocess．Keywords：CarbonfiberreinforcedcompositesMicrowavecuringCuringprocessDoI：10．160800．issnl671-833x．2015．S1．061先进复合材料具有高比强度、低密度、耐高温、耐腐+国家自然科学基金(51305195)、中央高校基本科研业务费专项资金(NZ2014201)、“杰出人才”培育基金

6、(NE2012003)支持，重大培育项目(NP2014201)，先进复合材料微波固化技术研究。蚀、耐疲劳、阻尼减震性好、破损安全性好、性能可设计等一系列优越的性能【1】。经过近40年的发展，复合材料构件从最初的水平安定面等非承力构件逐渐发展到了应用于飞机机翼和机身等部位的主承力构件，并获得减重20％。30％的显著效果【2】。国外最新发展大型客机中，波音787梦幻客机复合材料用量占到了飞机机体结构总重量的50％，而空客刚提出的A350XWB用量则达到了52％【3】。先进复合材料实现了在航空航天等领域的广泛应用，

7、其用量成为衡量航空飞行器结构先进性的重要标志[41。目前，飞机上用的先进复合材料构件仍然采用传统的电加热方式固化成型，存在固化时间长、能耗高及资源利用率低的问题。微波固化技术由于其加热速度快、热能利用率高、易于控制及节能环保等一系列独特优点而成为近年来复合材料固化领域的研究热点之一。Lee和Springer【5】最早将微波技术应用于复合材料固化研究。建立的计算模型分析了固化过程中复合材料构件温度和固化度的变化。Li等人16-71研究了微波固化环氧树脂基复合材料的工艺方法，揭示了铺层和厚度变化对温度分布的影响规

8、律。Boey和Yap【8l研究了3种不同的固化剂对环氧微波固化物玻璃化转变温度及固化度的影响，分别是二氨基二苯基砜、二氨基二苯基甲烷和苯二胺，3种体系具有不同的玻璃化转变温度，但在微波作用下均在较短时间内达到最大固化度和玻璃化转变温度。Wei【91研究了双酚A环氧树脂混合不同固化剂(二胺二苯砜和苯二胺)在微波作用下的固化行为。实验结果发现，二胺二苯砜体系反应速率比苯二胺快，固化物均获较高玻璃化温度，