一种复合材料制件的协同固化方法及系统与流程

本发明涉及复合材料固化，尤其涉及一种复合材料制件的协同固化方法及系统。

背景技术：

1、高性能复合材料构件的成型质量高度依赖于固化过程中的温度与压力控制。传统热压罐固化工艺虽能提供稳定的环境，但其依赖热风对流传热，存在升温速率慢、能耗高、对复杂构件加热不均的固有缺陷。

2、进一步的改进尝试在设备层面将微波、热风等能场进行物理集成。如中国发明专利cn118876467a公开的振动-微波复合固化系统，通过设计微波谐振腔与振动台板相结合的专用设备，实现了在单一工位上的能场复合。然而，该方案在控制层面存在以下不足：

3、状态感知不足，响应滞后：控制决策主要依赖腔体环境温度反馈，缺乏对复合材料内部真实固化状态（如通过介电特性反映的树脂固化度）的直接、在线监测。导致系统无法及时识别如“反应放热起始点”等关键工艺节点，控制动作被动滞后，难以抑制温度超调，影响制品一致性。

4、综上，现有技术通过在设备层面集成多种物理能场，为高效固化提供了新的硬件平台，但其控制策略未能实现与之匹配的智能化升级，仍停留在简单的程序控制阶段。这导致先进的硬件潜力无法被充分发挥。因此，本发明提出一种复合材料制件的协同固化方法及系统，通过实时监测复合材料制件内部温度信息和/或介电特性信息，识别核心升温阶段与反应放热阶段，并动态协同微波与热风功率，从根本上释放设备潜力、保证固化质量与工艺稳健性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出一种复合材料制件的协同固化方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种复合材料制件的协同固化方法，应用于包括微波子系统、热风子系统及传感监测子系统的固化设备中，包括以下步骤：

4、s1、内部状态信息获取：实时获取通过传感监测子系统监测到的复合材料制件的内部状态信息，内部状态信息包括以下至少之一：温度信息、介电特性信息；

5、s2、固化阶段识别：基于步骤s1获取的内部状态信息，生成判定结果，判定结果为以下任意一种：

6、复合材料制件当前所处的固化阶段是核心升温阶段；

7、复合材料制件当前所处的固化阶段是反应放热阶段；

8、s3、协同调控：基于步骤s2的判定结果；

9、在核心升温阶段，使微波子系统的输出功率占主导；

10、在反应放热阶段，使热风子系统的输出功率占主导。

11、进一步地，步骤s2中，当内部状态信息为温度信息时：

12、若温度信息小于复合材料制件中树脂基体的起始固化温度，则判定当前所处的固化阶段为核心升温阶段；

13、若温度信息大于或等于起始固化温度，且升温速率大于预设的升温速率阈值，则判定当前所处的固化阶段为反应放热阶段。

14、进一步地，步骤s2中，当温度信息大于或等于起始固化温度、而升温速率小于或等于升温速率阈值时，维持核心升温阶段的判定结果。

15、进一步地，复合材料制件中的增强体为连续碳纤维。

16、复合材料制件中的增强体为介电损耗因子小于0.01的绝缘性纤维；

17、进一步地，步骤s2中，当内部状态信息为介电特性信息时，介电特性信息为介电损耗因子：

18、若介电损耗因子尚未达到其监测过程中的峰值，则判定当前所处的固化阶段为核心升温阶段；

19、若介电损耗因子达到峰值并开始呈现持续下降趋势，则判定当前所处的固化阶段为反应放热阶段。

20、进一步地，步骤s2中，当内部状态信息同时包括温度信息与介电特性信息时：

21、基于温度信息与介电特性信息计算综合状态函数值；

22、若综合状态函数值小于预设的状态函数阈值，则判定当前所处的固化阶段为核心升温阶段；

23、若综合状态函数值大于或等于预设的状态函数阈值，则判定当前所处的固化阶段为反应放热阶段。

24、进一步地，综合状态函数值通过以下公式计算：

25、，其中，

26、ф（t）表示时刻t的综合状态函数值；

27、ε（t）表示时刻t实时监测的介电损耗因子；

28、εref表示预设的参考介电损耗因子；

29、m表示介电信号的指数权重；

30、（dt/dt）(t)表示时刻t的实时升温速率；

31、（dt/dt）th表示预设的升温速率阈值；

32、n表示升温速率的指数权重。

33、进一步地，步骤s3中，微波子系统的输出功率占主导表示为微波子系统的输出功率占微波子系统与热风子系统输出功率总和的60%以上；热风子系统的输出功率占主导表示为热风子系统的输出功率占微波子系统与热风子系统输出功率总和的60%以上。

34、进一步地，在核心升温阶段，再次执行步骤s1，继续获取内部状态信息。

35、进一步地，一种复合材料协同固化系统，用于执行如上所述任意一项的一种复合材料制件的协同固化方法，包括：

36、密封且能承压的固化腔；

37、设置在固化腔内的微波子系统、热风子系统；

38、传感监测子系统，配置为实时监测置于固化腔内的复合材料制件的内部状态信息；

39、协同控制子系统，与微波子系统、热风子系统及传感监测子系统通信连接，并被配置为执行如上述中复合材料制件的协同固化方法。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

41、1、在核心升温阶段，微波子系统作为主导热源，利用微波体积加热特性对复合材料制件内部直接加热，缩短升温时间，降低芯表温差；在反应放热阶段，热风子系统作为主导热源，以对流换热方式提供热量并辅助散热，抑制树脂交联反应放热引起的温升过快，降低温度失控风险。由此，在同一工艺周期内兼顾升温效率与温度均匀性；

42、2、基于温度信息和/或介电特性信息，通过固化阶段识别，动态调整微波子系统与热风子系统的功率配比，实现协同调控。在温度信息与介电特性信息同时采用时，可计算综合状态函数值并与状态函数阈值比较，以实现对核心升温阶段和反应放热阶段的判断；

43、3、该方法对连续碳纤维增强复合材料采用温度信息进行阶段识别，对介电损耗因子小于0.01的绝缘性纤维增强复合材料采用温度信息、介电特性信息或二者组合进行阶段识别，适应不同纤维类型的微波加热特性，提高工艺适用性；

44、4、固化阶段识别和功率配比调整均基于实时监测的内部状态信息，不依赖固定时间程序，减少因材料批次差异或工艺波动导致的偏差，提高固化过程的一致性和自动化程度。

1.一种复合材料制件的协同固化方法，应用于包括微波子系统（4）、热风子系统（5）及传感监测子系统（6）的固化设备中，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种复合材料制件的协同固化方法，其特征在于，所述步骤s2中，当所述内部状态信息为所述温度信息时：

3.根据权利要求2所述的一种复合材料制件的协同固化方法，其特征在于，所述步骤s2中，当所述温度信息大于或等于所述起始固化温度、而所述升温速率小于或等于所述升温速率阈值时，维持所述核心升温阶段的判定结果。

4.根据权利要求3所述的一种复合材料制件的协同固化方法，其特征在于，所述复合材料制件中的增强体为连续碳纤维。

5.根据权利要求1所述的一种复合材料制件的协同固化方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一种复合材料制件的协同固化方法，其特征在于，所述步骤s2中，当所述内部状态信息同时包括所述温度信息与所述介电特性信息时：

7.根据权利要求6所述的一种复合材料制件的协同固化方法，其特征在于，所述综合状态函数值通过以下公式计算：

8.根据权利要求1所述的一种复合材料制件的协同固化方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述微波子系统（4）的输出功率占主导表示为所述微波子系统（4）的输出功率占所述微波子系统（4）与所述热风子系统（5）输出功率总和的60%以上；所述热风子系统（5）的输出功率占主导表示为所述热风子系统（5）的输出功率占所述微波子系统（4）与所述热风子系统（5）输出功率总和的60%以上。

9.根据权利要求1所述的一种复合材料制件的协同固化方法，其特征在于，在所述核心升温阶段，再次执行所述步骤s1，继续获取所述内部状态信息。

10.一种复合材料协同固化系统，用于执行如权利要求1至9中任意一项所述的一种复合材料制件的协同固化方法，其特征在于，包括：