本发明专利技术公开了一种聚合物基碳纤维复合材料的高压气罐成形装置和方法。该装置包括高压气罐、控制系统、硅橡胶容器、电热管、真空袋、抽气管、热电偶信号线、热电偶、真空泵和高压气体增压泵；该方法包括：将装有毛坯的真空袋置于硅橡胶容器内并定位，向硅橡胶容器中注满经过去气处理的吸收液体并密封，将密封后的硅橡胶容器放入高压气罐中并关闭，通过主控电路控制电热管加热吸收液体，从而使聚合物基碳纤维复合材料毛坯在该温度和压力下固化成形。本发明专利技术的方法具有相对独立的高温高压环境，结构简单、热效率高、能耗低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合材料的成形装置和方法，具体涉及一种。
技术介绍
聚合物基碳纤维复合材料又称为碳纤维增强树脂基复合材料，其性能优良，用途广泛，特别适用于航空航天领域。目前生产高质量的聚合物基碳纤维复合材料的方法主要是热压罐成形方法，该方法是将作为强化纤维的碳纤维浸渍在基体材料中后逐层铺放成为预浸料，基体材料为环氧树脂、聚酯树脂或热可塑性树脂等，预浸料裁剪后在模具上铺好，得到复合材料毛坯，再将复合材料毛坯置于热压罐中，通过对热压罐中的气体加热加压，使复合材料毛坯在所需的高温高压环境中固化成形而得到相应的制品。热压罐成形方法的优点是气体加压均勻，只要固化周期、固化压力、固化温度在热压罐的极限范围内，就可以适应不同材料、不同外形的复合材料的生产。但热压罐成形方法的缺点也很明显(1)作为高温高压压力容器，热压罐制造成本高。(2)热压罐内气体的温度、压力变化缓慢，控制精度差，且气体的温度和压力变化彼此影响，控制难度高。(3)为保证热压罐内气体温度均勻，需要高温高压下工作的鼓风系统，使得热压罐内部结构复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述问题，提供一种具有相对独立的高温高压环境，结构简单、热效率高、能耗低的。实现本专利技术一种目的的技术方案是一种聚合物基碳纤维复合材料的高压气罐成形装置，包括高压气罐、控制系统、硅橡胶容器、电热管、真空袋、抽气管、热电偶信号线、热电偶、真空泵和高压气体增压泵；抽气管包括内部抽气管、中部抽气管和外部抽气管；热电偶信号线包括内部第一信号线、内部第二信号线、中部信号线和外部信号线；高压气罐包括罐体、抽气管安装组件、电源线连接件、信号线连接件、高压接口件、排气阀和密封门；罐体上设有高压加压口以及按照从上至下的次序设有3个连接孔；电源线连接件密闭固定安装在罐体的上侧连接孔处的罐壁上；抽气管安装组件密闭固定安装在罐体的中间连接孔处的罐壁上，且抽气管安装组件的位于罐体内侧的抽气管口与中部抽气管的一端密闭固定连接；信号线连接件密闭固定安装在罐体的下侧连接孔处的罐壁上，且信号线连接件的位于罐体内侧的端口与中部信号线的一端电连接；高压接口件密闭固定安装在罐体的高压加压口处的罐壁上；密封门转动连接在罐体上，通过密封件以及锁扣能将密封门密闭锁紧在罐体上；控制系统包括主控电路、电热管电源电路、气体增压泵电源电路和真空泵电源电路； 主控电路设有电热管控制信号输出端、高压控制信号输出端、抽真空控制信号输出端和温度信号输入端；主控电路的温度信号输入端与热电偶信号线的外部信号线的一端电连接， 热电偶信号线的外部信号线的另一端与高压气罐的信号线连接件的位于罐体外侧的端口电连接；主控电路的电热管控制信号输出端通过导线与电热管电源电路的控制端电连接， 电热管电源电路的电源输出端通过导线与高压气罐的电源线连接件的位于罐体外侧的相应的端口电连接；主控电路的高压控制信号输出端通过导线与气体增压泵电源电路的控制端电连接，气体增压泵电源电路的电源输出端通过导线与高压气体增压泵的电源端电连接；高压气体增压泵的输出压力能通过设备上的相应的旋钮进行设定，高压气体增压泵的高压气体输出接口与高压气管的一端密闭固定连接，高压气管的另一端与高压气罐的高压接口件的输入管口密闭固定连接；主控电路的抽真空控制信号输出端通过导线与真空泵电源电路的控制端电连接，真空泵电源电路的电源输出端通过导线与真空泵的电源端电连接，真空泵的抽气口与外部抽气管的一端密闭固定连接，外部抽气管的另一端与高压气罐的抽气管安装组件的位于罐体外侧的管接口密闭固定连接；硅橡胶容器包括容器主体、上盖、抽气管密闭安装连接组件和线路密闭安装连接组件；硅橡胶容器的侧壁也即容器主体的侧壁上按照上下位置设有上连接孔和下连接孔，抽气管密闭安装连接组件密闭固定在容器主体的侧壁的位于上连接孔处的部位上，线路密闭安装连接组件密闭固定在容器主体的侧壁的位于下连接孔处的部位上；电热管设置在高压气罐的罐体中，电热管的电源输入接口电连接有导线，该导线与高压气罐的电源线连接件的位于罐体内部一侧的相应的端口电连接；真空袋包括袋体、抽气管接口和信号线连接件；抽气管接口和信号线连接件均密闭连接设置在袋体上，且抽气管接口朝向袋体外侧；热电偶设置在真空袋中，且热电偶信号线的内部第一信号线的一端与热电偶电连接，另一端与信号线连接件的位于袋体内侧的端口电连接；热电偶信号线的内部第二信号线的一端与真空袋的信号线连接件的位于袋体外侧的端口电连接。 实现本专利技术另一种目的的技术方案是一种用上述聚合物基碳纤维复合材料的高压气罐装置对聚合物基碳纤维复合材料进行高压气罐成形的方法，具有以下步骤①将预浸料裁剪后在模具上铺好，得到聚合物基碳纤维复合材料毛坯，将毛坯装入真空袋中，然后将装有毛坯的真空袋置于硅橡胶容器内并定位；②将内部抽气管的一端与真空袋上的抽气管接口密闭固定连接，将内部抽气管的另一端与硅橡胶容器的抽气管密闭安装连接组件的位于容器主体内侧的抽气管口密闭固定连接；同时将连接在真空袋的信号线连接件的位于袋体外侧的端口上的热电偶信号线的内部第二信号线的另一端与硅橡胶容器的线路密闭安装连接组件的位于容器主体内侧的接线端电连接；然后向硅橡胶容器中注满经过去气处理的吸收液体，密封硅橡胶容器；③打开高压气罐，先将密封后的硅橡胶容器放置在高压气罐1的罐口附近处，将连接在高压气罐的抽气管安装组件的位于罐体内侧的抽气管口上的中部抽气管的另一端与硅橡胶容器的抽气管密闭安装连接组件的位于容器主体外侧的抽气管口密闭固定连接，将连接在高压气罐的信号线连接件的位于罐体内侧的端口的中部信号线的另一端与硅橡胶容器的线路密闭安装连接组件的位于容器主体外侧的端口电连接； 然后将密封后的硅橡胶容器放入高压气罐中，关闭高压气罐；④通过主控电路控制电热管通电从而加热吸收液体，使吸收液体升温至130°c 250°C，同时通过控制高压气体增压泵的输出压力而将高压气罐内的压力调节至IOMPa 20MPa，使聚合物基碳纤维复合材料毛坯在该温度和压力下固化成形；⑤固化反应完成后，将电热管断电，打开排气阀，再打开密封门，取出硅橡胶容器，抽出吸收液体，剖开硅橡胶容器，取出真空袋，剖开真空袋后则得到的聚合物基碳纤维复合材料毛坯固化成形后的复合材料制件。上述步骤④中的具体过程为将电热管通电，电热管功率为90kW 100kW，加热 0. 4h 0. 6h，使吸收液体温度升至140°C 150°C，然后将电热管功率降为8kW 12kW，在 140°C 150°C下保温2h 3h ；接着，将电热管功率升至IlOkW 130kW，加热0. 4h 0. 6h， 使吸收液体温度升至240°C 250°C，然后将电热管功率降低为12kW 18kW，在240°C 250°C下保温3h 4h ；最后，将电热管功率降低为1. 5kff 2. 5kff,降温3h 5h，使得吸收液体温度降至0°C 40°C，在此温度压力变化过程中，聚合物基碳纤维复合材料毛坯固化成形为相应的制件；在电热管对吸收液体进行加热的整个过程中高压气罐内的压力进行相应的调节。上 述在电热管对吸收液体进行加热的整个过程中高压气罐内的压力在IOMPa 20MPa内调节。所述吸收液体为甘油或者聚合物基碳纤维复合材料的纯基体树脂。。本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种聚合物基碳纤维复合材料的高压气罐成形装置，其特征在于：包括高压气罐（１）、控制系统（２）、硅橡胶容器（３）、电热管（４）、真空袋（８）、抽气管、热电偶信号线、热电偶（８１）、真空泵（９５）和高压气体增压泵（９６）；抽气管包括内部抽气管、中部抽气管和外部抽气管；热电偶信号线包括内部第一信号线、内部第二信号线、中部信号线和外部信号线；高压气罐（１）包括罐体（１１）、抽气管安装组件（１２）、电源线连接件（１３）、信号线连接件（１４）、高压接口件（１５）、排气阀（１６）和密封门；罐体（１１）上设有高压加压口以及按照从上至下的次序设有３个连接孔；电源线连接件（１３）密闭固定安装在罐体（１１）的上侧连接孔处的罐壁上；抽气管安装组件（１２）密闭固定安装在罐体（１１）的中间连接孔处的罐壁上，且抽气管安装组件（１２）的位于罐体内侧的抽气管口与中部抽气管的一端密闭固定连接；信号线连接件（１４）密闭固定安装在罐体（１１）的下侧连接孔处的罐壁上，且信号线连接件（１４）的位于罐体内侧的端口与中部信号线的一端电连接；高压接口件（１５）密闭固定安装在罐体（１１）的高压加压口处的罐壁上；密封门转动连接在罐体（１１）上，通过密封件以及锁扣能将密封门密闭锁紧在罐体（１１）上；控制系统（２）包括主控电路（２０）、电热管电源电路（２１）、气体增压泵电源电路（２２）和真空泵电源电路（２３）；主控电路（２０）设有电热管控制信号输出端、高压控制信号输出端、抽真空控制信号输出端和温度信号输入端；主控电路（２０）的温度信号输入端与热电偶信号线的外部信号线的一端电连接，热电偶信号线的外部信号线的另一端与高压气罐（１）的信号线连接件（１４）的位于罐体（１１）外侧的端口电连接；主控电路（２０）的电热管控制信号输出端通过导线与电热管电源电路（２１）的控制端电连接，电热管电源电路（２１）的电源输出端通过导线与高压气罐（１）的电源线连接件（１３）的位于罐体（１１）外侧的相应的端口电连接；主控电路（２０）的高压控制信号输出端通过导线与气体增压泵电源电路（２２）的控制端电连接，气体增压泵电源电路（２２）的电源输出端通过导线与高压气体增压泵（９６）的电源端电连接；高压气体增压泵（９６）的输出压力能通过设备上的相应的旋钮进行设定，高压气体增压泵（９６）的高压气体输出接口与高压气管的一端密闭固定连接，高压气管的另一端与高压气罐（１）的高压接口件（１５）的输入管口密闭固定连接；主控电路（２０）的抽真空控制信号输出端通过导线与真空泵电源电路（２３）的控制端电连接，真空泵电源电路（２３）的电源输出端通过导线与真空泵（９５）的电源端电连接，真空泵（９５）的抽气口与外部抽气管的一端密闭固定连接，外部抽气管的另一端与高压气罐（１）的抽气管安装组件（１２）的位于罐体（１１）外侧的管接口密闭固定连接；硅橡胶容器（３）包括容器主体、上盖、抽气管密闭安装连接组件和线路密闭安装连接组件；硅橡胶容器（３）的侧壁也即容器主体的侧壁上按照上下位置设有上连接孔和下连接孔，抽气管密闭安装连接组件密闭固定在容器主体的侧壁的位于上连接孔处的部位上，线路密闭安装连接组件密闭固定在容器主体的侧壁的位于下连接孔处的部位上；电热管（４）设置在高压气罐（１）的罐体（１１）中，电热管（４）的电源输入接口电连接有导线，该导线与高压气罐（１）的电源线连接件（１３）的位于罐体（１１）内部一侧的相应的端口电连接；真空袋（８）包括袋体、抽气管接口和信号线连接件；抽气管接口和信号线连接件均密闭连接设置在袋体上，且抽气管接口朝向袋体外侧；热电偶（８１）设置在真空袋（８）中，且热电偶信号线的内部第一信号线的一端与热电偶（８１）电连接，另一端与信号线连接件的位于袋体内侧的端口电连接；热电偶信号线的内部第二信号线的一端与真空袋（８）的信号线连接件的位于袋体外侧的端口电连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘浏，何庆，范真，池龙珠，谈衡，
申请(专利权)人：江苏技术师范学院，
类型：发明
国别省市：32
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