【摘 要】
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碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）轻质、高强,已成为航空航天等领域高端装备减重增效的优选材料。相比于传统电加热固化方法,微波固化方法具有控温灵敏、固化周期短、能耗低等突出优势。现行的固化工艺中大多采用金属模具,但是金属模具不吸波并且质量与比热容较大,在微波固化过程中损耗了CFRP构件产生的大量热量。针对上述问题,本文提出用柔性吸波薄膜对金属模具进行实时热补偿的方法,主要成果如下:（1）针对吸波薄
【基金项目】
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国家自然科学基金:“碳纤维增强树脂基复合材料微波压力固化基础研究（51575275）”; “高档数控机床与基础制造装备”,国家科技重大专项:“纤维复合材料微波高压成形装置研发及应用验证（2017ZX04002001-004）”
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碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）轻质、高强,已成为航空航天等领域高端装备减重增效的优选材料。相比于传统电加热固化方法,微波固化方法具有控温灵敏、固化周期短、能耗低等突出优势。现行的固化工艺中大多采用金属模具,但是金属模具不吸波并且质量与比热容较大,在微波固化过程中损耗了CFRP构件产生的大量热量。针对上述问题,本文提出用柔性吸波薄膜对金属模具进行实时热补偿的方法,主要成果如下:（1）针对吸波薄膜设计需表征其在整个固化过程中的电磁性能,而现有测试方法无法原位表征材料在微波加热过程中的电磁性能的问题,本文采用将微波加热装置与电磁性能测试装置集成于一体化的思路,引入了单刀双掷切换机构,实现了间歇加热与间歇测试实时切换的测试模式,设计了材料在微波加热过程中的电磁性能原位测试方法。（2）针对现有复合材料微波间接加热层刚性大,难以对复杂构件进行模具热补偿的问题,给出了在微波固化过程中用柔性吸波薄膜对模具进行热补偿的研究思路,在此基础上,通过大量探索确定了以硅胶为基体、四氧化三铁颗粒为吸波体的材料体系,基于微波加热过程中吸波性能原位测试以及不同温度下薄膜的柔性确定了各组分的质量分数,根据阻抗匹配原理设计了吸波薄膜的厚度,并验证了其对模具热补偿的效果。（3）基于上述研究成果,进行了复合材料微波固化模具热补偿实验验证。结果表明,采用本文研制的柔性吸波薄膜对模具进行热补偿,可显著提升CFRP的固化效率,相关研究成果已在某飞机CFRP翼尖小肋和锯齿蒙皮微波固化过程中进行了试用。
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