CN103935044A - 预浸料激光扫描制备复合材料 - Google Patents
预浸料激光扫描制备复合材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103935044A CN103935044A CN201410189254.2A CN201410189254A CN103935044A CN 103935044 A CN103935044 A CN 103935044A CN 201410189254 A CN201410189254 A CN 201410189254A CN 103935044 A CN103935044 A CN 103935044A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- prepreg
- laser
- resin
- composite material
- upper strata
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
- B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
- B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
- B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
- B29C2035/0838—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using laser
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
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
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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410189254.2A CN103935044B (zh) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | 预浸料激光扫描制备复合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410189254.2A CN103935044B (zh) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | 预浸料激光扫描制备复合材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103935044A true CN103935044A (zh) | 2014-07-23 |
CN103935044B CN103935044B (zh) | 2017-01-11 |
Family
ID=51183042
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410189254.2A Expired - Fee Related CN103935044B (zh) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | 预浸料激光扫描制备复合材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103935044B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106182818A (zh) * | 2016-07-14 | 2016-12-07 | 王瑛玮 | 拉挤成型激光烘箱复合固化制备异形复合材料 |
CN106182819A (zh) * | 2016-07-14 | 2016-12-07 | 王瑛玮 | 拉挤成型激光固化制备复合材料空心型材 |
JP2016221929A (ja) * | 2015-06-03 | 2016-12-28 | 三菱重工業株式会社 | 樹脂複合材料の硬化装置、硬化方法、および樹脂成形品 |
CN109822938A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-05-31 | 长春理工大学 | 一种热塑性复合材料板材激光热压铺放成型装置 |
CN111060033A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-24 | 中航复合材料有限责任公司 | 一种织物预浸料弓纬变化量检测装置及检测方法 |
CN111196072A (zh) * | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 中国航空工业集团公司基础技术研究院 | 一种增材制造用连续纤维增强热塑性预浸料单向带 |
US11819942B2 (en) | 2020-12-10 | 2023-11-21 | Magna International Inc. | Method and apparatus for applying an active joining force during laser welding of overlapping workpieces |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1580101A (zh) * | 2004-05-14 | 2005-02-16 | 申屠年 | 热塑性树脂基碳纤维复合材料片材及其制作方法和设备 |
EP1405713B1 (de) * | 2002-10-02 | 2005-09-28 | Leister Process Technologies | Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Werkstücken aus Kunststoff in dreidimensionaler Form mittels Laserstrahl |
EP2116355A2 (de) * | 2008-05-06 | 2009-11-11 | Leister Process Technologies | Laservorrichtung mit pendelfähiger Anpressrolle |
WO2010015380A2 (de) * | 2008-08-05 | 2010-02-11 | Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh | Verfahren zur herstellung eines verbundteils durch durchstrahllaserschweissen |
CN101733938A (zh) * | 2008-11-11 | 2010-06-16 | 和硕联合科技股份有限公司 | 碳纤维复合材料的制造方法 |
CN101845232A (zh) * | 2010-04-29 | 2010-09-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种热塑性树脂基碳纤维复合材料及其制备方法 |
CN102672350A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-09-19 | 王瑛玮 | 气流压合线形轨迹透射加工装置 |
CN103660286A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-03-26 | 王瑛玮 | 一种复合材料制备方法 |
-
2014
- 2014-05-07 CN CN201410189254.2A patent/CN103935044B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1405713B1 (de) * | 2002-10-02 | 2005-09-28 | Leister Process Technologies | Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Werkstücken aus Kunststoff in dreidimensionaler Form mittels Laserstrahl |
CN1580101A (zh) * | 2004-05-14 | 2005-02-16 | 申屠年 | 热塑性树脂基碳纤维复合材料片材及其制作方法和设备 |
EP2116355A2 (de) * | 2008-05-06 | 2009-11-11 | Leister Process Technologies | Laservorrichtung mit pendelfähiger Anpressrolle |
WO2010015380A2 (de) * | 2008-08-05 | 2010-02-11 | Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh | Verfahren zur herstellung eines verbundteils durch durchstrahllaserschweissen |
CN101733938A (zh) * | 2008-11-11 | 2010-06-16 | 和硕联合科技股份有限公司 | 碳纤维复合材料的制造方法 |
CN101845232A (zh) * | 2010-04-29 | 2010-09-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种热塑性树脂基碳纤维复合材料及其制备方法 |
CN102672350A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-09-19 | 王瑛玮 | 气流压合线形轨迹透射加工装置 |
CN103660286A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-03-26 | 王瑛玮 | 一种复合材料制备方法 |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016221929A (ja) * | 2015-06-03 | 2016-12-28 | 三菱重工業株式会社 | 樹脂複合材料の硬化装置、硬化方法、および樹脂成形品 |
CN106182818A (zh) * | 2016-07-14 | 2016-12-07 | 王瑛玮 | 拉挤成型激光烘箱复合固化制备异形复合材料 |
CN106182819A (zh) * | 2016-07-14 | 2016-12-07 | 王瑛玮 | 拉挤成型激光固化制备复合材料空心型材 |
CN111196072A (zh) * | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 中国航空工业集团公司基础技术研究院 | 一种增材制造用连续纤维增强热塑性预浸料单向带 |
CN109822938A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-05-31 | 长春理工大学 | 一种热塑性复合材料板材激光热压铺放成型装置 |
CN111060033A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-24 | 中航复合材料有限责任公司 | 一种织物预浸料弓纬变化量检测装置及检测方法 |
US11819942B2 (en) | 2020-12-10 | 2023-11-21 | Magna International Inc. | Method and apparatus for applying an active joining force during laser welding of overlapping workpieces |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103935044B (zh) | 2017-01-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103935044B (zh) | 预浸料激光扫描制备复合材料 | |
EP3003694B1 (en) | Continuous fiber-reinforced component fabrication | |
CN106460266B (zh) | 具有高弯曲刚度的复合材料夹层 | |
DE102010007824B4 (de) | Verfahren zum Fügen und zur Herstellung von Kohlenstofffaserverbundbauteilen | |
EP2830860B1 (de) | Sandwichverbundbauteil und herstellungsverfahren dafür | |
Struzziero et al. | Consolidation of continuous fibre reinforced composites in additive processes: A review | |
CN105818471B (zh) | 一种连续纤维增强热塑性树脂复合片材及其应用 | |
US20130164498A1 (en) | Thermoplastic composite prepreg for automated fiber placement | |
CN107553935B (zh) | 一种frp复合材料板簧本体制造工艺 | |
CN107234818B (zh) | 一种高性能热塑性复合材料金字塔型和x型点阵夹芯板及其制备方法 | |
CN102056735B (zh) | 槽格状结构制造方法、槽格状结构和相应设备 | |
KR20060117677A (ko) | 고강성 열가소성 복합재 시트 | |
CN106458131A (zh) | 制备层压板的方法、吸能装置、吸能装置组合物及成形工具 | |
CN108472881A (zh) | 结构复合材料和方法 | |
CN102143840A (zh) | 泡沫塑料板 | |
JP2008246981A (ja) | 繊維強化複合材料の製造方法 | |
WO2013084963A1 (ja) | 接合部材の製造方法 | |
CN108976779A (zh) | 热塑复合材料的焊接方法 | |
CN110435182A (zh) | 一种连续纤维增强热塑性复合材料制件的快速成型工艺 | |
CN107428039A (zh) | 树脂复合材料的固化装置、固化方法及树脂成型品 | |
CN103660286B (zh) | 一种复合材料制备方法 | |
CN110077076A (zh) | 一种可整体回收的聚酯泡沫夹芯复合板及其闭环生产工艺 | |
Nakagawa et al. | Laser-assisted 3D printing of carbon fibre reinforced plastic parts | |
CN102514117B (zh) | 用于汽车防撞梁的碳纤维增强聚苯硫醚复合材料及汽车防撞梁的制作方法 | |
CN204749277U (zh) | 一种3d器件打印设备 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170111 Termination date: 20180507 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |