CN103935044A - 预浸料激光扫描制备复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及预浸料激光扫描制备复合材料技术，这种技术涉及预浸料技术和激光扫描制备技术。所述预浸料技术指的是利用基质材料溶液、熔融体或粉体对增强相进行浸润而制得预浸料的技术。所述激光扫描制备技术是指激光束携带足够的能量投射到上层预浸料，被上层预浸料中的增强相高效吸收并将其转变为热能，这种热能使浸润增强相的基质熔融，进而使基质与增强相之间形成更加牢固的结合，并且使上层预浸料与下层预浸料之间的基质融合。在外加压力作用下，上层预浸料和下层预浸料之间的基质融合，激光束移走之后，上、下层预浸料被紧密连接起来，形成复合材料。重复上述操作，可以获得多层复合材料。在需要加强的部位可以方便地任意增加复合的层数。

Description

预浸料激光扫描制备复合材料
技术领域
本发明涉及预浸料激光扫描制备复合材料技术，这种技术涉及预浸料技术和激光扫描制备技术。 
所述预浸料技术指的是利用基质材料溶液、熔融体或粉体对增强相进行浸润而制得预浸料的技术。 
所述激光扫描制备技术是指激光束携带足够的能量投射到上层预浸料，被上层预浸料中的增强相高效吸收并将其转变为热能，这种热能使浸润增强相的基质熔融，进而使基质与增强相之间形成更加牢固的结合，并且使上层预浸料与下层预浸料之间的基质融合。 
在外加压力作用下，上层预浸料和下层预浸料之间的基质融合，激光束移走之后，上、下层预浸料被紧密连接起来，形成复合材料。 
技术背景
在透射技术中，有待连接的工件彼此邻接的接触面，在激光束的作用下熔化，随后的冷却中在压力的作用下彼此实现连接，这种使用激光束的塑料焊接方法得到普遍公开。 
专利文件EP1405713B1公开了一种激光装置。在该激光装置中，要么逐点地精确地在激光束入射处的位置上对工件进行挤压，要么面状地在围绕着激光束的入射处的区域中进行挤压，或者横向于激光束的相对运动的线条对工件进行挤压。这样，上下两层工件紧密地压合在一起并有效焊接。 
专利文件200910139101.6公开了一种具有摆动的压紧辊的激光装置。在该激光装置中，能够旋转的透明辊子同时具有聚焦激光束和压紧被加工件的作用。 
专利文件201010162571.7公开了一种热塑性树脂基碳纤维复合材料及其制备方法。该发明的制备方法是根据热塑性树脂的流变性能，利用热辊热压连续化设备，通过调整加工温度、加工压力和加工时间等工艺条件得到界面结合性能较好的热塑性树脂基碳纤维复合材料。 
专利文件200810176066.0公开了碳纤维复合材料的制造方法。其主要步骤如下：对碳纤维布进行等离子体处理，而后将碳纤维布含浸于树脂溶液中，最后热压经含浸的碳纤维布以形成碳纤维板材。 
专利文件200410018343公开了热塑性树脂基碳纤维复合材料片材及其制作方法和设备。其制作方法第一步先制备热塑型预浸带，首先把碳纤维加张力展平成片、挤出热塑性 树脂涂覆在碳纤维上，然后通过浸渍、辊压定型，经自然冷却后牵引、收卷。第二步为拉挤热塑成型，通过第一步的若干层预浸带经预热、热压、成型然后冷却定型、收卷、牵引，得到成品。 
发明内容
已有激光塑料焊接技术中，涂覆于上、下两层树脂之间的吸收剂其作用仅仅是吸收激光能量而使之转变为热能，同时在压力作用下使上、下两层树脂熔融并焊接到一起。 
已有树脂基复合材料制备技术中，分布于树脂基体中的、起增强作用的增强相或带来附加功能的功能相，均是通过浸渍或外部传入热量而与基体树脂熔融结合到一起。 
本发明的主要特点是：首先利用起增强作用的增强相或带来附加功能的功能相和树脂结合制成预浸料，然后,利用增强相或功能相具有的吸收激光能量而使之转变为热能的光热收转化特性，在激光能量与外加压力的联合作用下，最终得到含有树脂的增强相或功能相预浸料之间相互复合而成的复合材料。 
该制备方法与以往的复合材料制备方法相比，层间结合力强，增强相占复合材料的比重更高，比强度、比刚度更高，可以制成三维复合材料，更有利于生产线连续作业。 
如果起增强作用的增强相或带来附加功能的功能相选用的是碳纤维一维束或二维布或三维织物，则上述加工能够得到碳纤维增强树脂复合材料。 
如果重复上述操作，可以获得多层复合材料。 
在需要加强的部位可以方便地任意增加复合的层数。 
附图说明
下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释。本发明的其他特征可以从以下对本发明的实施例所做的说明中结合权利要求和附图来获得。 
本发明的单个特征在此可以仅仅自身或者多个一起在本发明的不同实施方式中得到实现。其中： 
图1是基于气流压紧激光焊接技术的预浸料激光扫描制备复合材料实施例。图中，(6)和(7)为预浸料，预浸料中作为主体的增强相是能够吸收激光能量并将其转变为热能的材料，这种材料具有增强树脂基体的作用，或同时具有为复合材料带来其他特殊功能的作用，压紧力由气流(2)和模板(8)提供。 
图2是基于直接接触压紧激光焊接技术的预浸料激光扫描制备复合材料实施例。图中，(6)和(7)为预浸料，预浸布中作为主体的增强相是能够吸收激光能量并将其转变为热 能的材料，这种材料具有增强树脂基体的作用，或同时具有为复合材料带来其他特殊功能的作用，压紧力由加工头(5a)和模板(8)提供。 
图3是基于具有聚光功能的透明压紧辊压紧激光焊接技术的预浸料激光扫描制备复合材料实施例。图中，(13)为具有聚光功能的透明压紧辊，图中，(6)和(7)为预浸料，预浸料中作为主体的增强相是能够吸收射线能量并将其转变为热能的材料，这种材料具有增强树脂基体的作用，或同时具有为复合材料带来其他特殊功能的作用，压紧力由压紧辊(13)和模板(8)提供。 
具体实施方式
在图1中，进气管(1)与加工头(5)连通，把气流(2)导入加工头(5)中。从图1可以看出，工头(5)下端开设有出气口。 
气流(2)从加工头(5)下端的出气口喷出，垂直或接近垂直作用于上层预浸布(6)的待加工区域上表面。 
在气流(2)产生的压力的作用下，上层预浸布(6)向下变形，贴附于下层预浸料(7)的上表面并紧密压合，下层预浸料(7)的下表面贴附于模板(8)上。 
此时，经镜片(3)投射下来的激光束(4)照射上层预浸布(6)，被预浸布(6)中的增强相高效吸收，这种吸收使激光束(4)携带的能量转化为热能。 
此热能使得上层预浸料(6)和下层预浸料(7)的表面薄层树脂膜及附着在增强相间隙中的树脂迅速熔化，并在气流(2)的压紧力作用下熔合。 
随着加工头(5)按前进方向(9)发生运动，上层预浸料(6)和下层预浸料(7)的熔合区因激光束移除而迅速降温固化，上层预浸料(6)和下层预浸料(7)牢固连接起来，形成具有两层增强或功能相与树脂基体相复合的复合材料。 
图2是本发明的另一个实施例。光源(10)发射激光经聚光镜(11)汇聚并照射到上层预浸料(6)，被其中的增强相或功能相吸收而转化为热能。 
此热能使得上层预浸料(6)和下层预浸料(7)的表面薄层树脂膜及附着在增强相间隙中的树脂迅速熔化，并在加工头(5a)的压紧力作用下熔合。 
随着加工头(5a)按前进方向(9)发生运动，上层预浸料(6)和下层预浸料(7)的熔合区因射线束移除而迅速降温固化。 
图3是本发明的第三个实施例。光源(10)发射射线先经聚光镜(11)汇聚，后穿过压紧辊(13)并进一步汇聚，最后照射上层预浸料(6)，被预浸料(6)中的增强相或功能 相高效吸收，这种吸收使激光束(4)携带的能量转化为热能。 
此热能使得上层预浸料(6)和下层预浸料(7)的表面薄层树脂膜及附着在增强相间隙中的树脂迅速熔化，并在压紧辊(13)的压紧力作用下熔合。 
随着加工头(5b)按前进方向(9)发生运动，上层预浸料(6)和下层预浸料(7)的熔合区因射线束移除而迅速降温固化。 
无论是按着图1、图2或图3的实施例，叠层重复上述操作，均可以制备出多层复合材料。 
无论是按着图1、图2或图3的实施例，在需要加强的部位均可以方便地任意增加复合的层数。 

Claims (5)

1.把起增强作用的增强相或带来附加功能的功能相与树脂结合制成预浸料，共同取代吸收激光能量而使之转变为热能的吸收剂以及作为基体相的树脂，从而在激光能量或其他射线能量与外加压力的联合作用下，最终得到含有树脂的增强相或功能相预浸布之间相互复合而成的复合材料。其特征是：在气流(2)产生的压力的作用下，上层预浸料(6)向下变形，贴附于下层被加工材料(8)的上表面紧密压合，下层预浸料(7)的下表面贴附于模板(8)上。此时，经镜片(3)投射下来的射线束(4)照射上层预浸料(6)，被预浸料(6)中的增强相高效吸收，这种吸收使射线束(4)携带的能量转化为热能。此热能使得上层预浸料(6)和下层预浸料(7)的表面薄层树脂膜以及附着在增强相间隙中的树脂迅速熔化，并在气流(2)的压紧力作用下熔合。随着加工头(5)按前进方向(9)发生运动，上层预浸料(6)和下层预浸料(7)的熔合区因射线束移除而迅速降温固化。固化后，具有功能的上层预浸料(6)和下层预浸料(7)牢固连接起来，形成复合材料。
2.按权利要求1所述的一种复合材料制备方法，其特征是：上层预浸料(6)和下层预浸料(7)中的增强相或带来附加功能的功能相应具有对激光或其他射线的吸收功能，能够使射线的能量转变为热能。
3.按权利要求1所述的一种复合材料制备方法，其特征是：如果预浸料(6)和预浸料(7)选用碳纤维预浸料，预浸料的基体为树脂，则最终制备的为碳纤维增强树脂复合材料。
4.按权利要求1所述的一种复合材料制备方法，其特征是：叠层重复按权利要求1所述操作过程，能够制备出多层复合材料。
5.按权利要求1所述的一种复合材料制备方法，其特征是：可在需要加厚或需要减薄的部位,可以方便地任意增加或减少复合的层数。
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