CN105946255B - 拉挤成型激光烘箱复合固化制备复合材料异形筋材 - Google Patents

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Abstract

拉挤成型激光烘箱复合固化制备复合材料异形筋材的方法，拉挤成型后激光固化与烘箱定型固化相结合，能够高效和低成本地制备带有较长直段的复合材料异形筋材，其特征是：粘附砂砾的紧束状态的预浸带进入激光输出器(10)发射的激光束(11)的照射区，在激光束(11)的断续加温作用下，预先固化段实现固化，而需后续烘箱固化段保持未固化状态，经受控裁截得到预成型筋材(12)，预成型筋材(12)上有经拉挤成型激光固化的已固化(A)段和(B)段，也有拉挤成型过程中激光输出器(10)间断输出激光束而未固化的(C)段，将预成型筋材(12)按设计挂到挂架(15)上，使(C)段形成设计形状，送入烘箱(16)内加温固化，最终得到成品复合材料异形筋材。

Description

拉挤成型激光烘箱复合固化制备复合材料异形筋材
所属领域：
拉挤成型激光烘箱复合固化制备复合材料异形筋材属于一种复合材料制备方法。
背景技术：
以往的复合材料制备方法有多种，其中包括拉挤成型加温固化法。
拉挤成型加温固化法具有生产连续性好、自动化程度高和成本较低等优点。与拉挤成型配合的一种加温固化方法是利用埋设在拉挤成型模内的加热元件，使复合材料温度达到固化所需温度实现固化。
这种固化方法存在能量利用率低、拉挤速度慢、生产效率低、拉挤模制造成本高且磨损快寿命短、固化后出拉挤成型模时复合材料易开裂等缺陷。
与拉挤成型配合的另一种加温固化方法是利用在拉挤成型模后面设置一节或多节隧道窑作为加热元件，使复合材料温度达到固化所需温度实现固化。
这种固化方法拉挤速度较快，生产效率较高，但存在能量利用率更低、生产线过长的问题，且易发生流胶和滴胶等缺陷。
已有的复合材料异形筋材的制备方法是：先把螺旋紧束状态的预浸带缠绕在专门设计制造的定型支架上，再把定型支架送入烘箱，进行加温固化。
这种方法存在的主要缺点有以下几个：
第一，如果复合材料异形筋材尺寸大，则定型支架和烘箱的尺寸必须更大，对生产造成了较大的困扰。
第二，螺旋紧束状态的预浸带经过挂砂，往定型支架上缠绕的操作十分困难，效率极低，加温定型完成之后的裁截操作工作量也很大，工人操作困难、劳动强度很大。
第三，加温定型过程中由于定型支架的限制，烘箱填充率极低，能量利用率极低，产能极低，抬高了生产成本。
第四，定型支架的体积庞大、通用性差，尤其以带有较长直线段的复合材料异形筋材定型支架的体积最为庞大。复合材料异形筋材种类稍多时，多种定型支架的存储、搬运即成为很大问题。
发明内容：
本发明目的在于提供一种保留现有拉挤成型法优点，用激光固化与烘箱定型固化相结合的复合材料异形筋材制备方法，以克服现有支架定型与烘箱加温固化相结合的复合材料异形筋材制备方法的缺点，以便更加高效和低成本地制备带有较长直线段的复合材料异形筋材。
激光投射到材料上，会产生一定的光热转化效应，这种光热转化效应会带来材料表面和内部的温度升高效应。
本发明用这种激光光热转化效应取代隧道窑的加温作用，通过控制激光输出器断续输出激光束的方法，对经过挂砂的螺旋紧束状态的预浸带进行分段固化，并按设计裁截，获得一种复合材料异形筋材的预成型筋材。
这种预成型筋材的特点是每根上分为若干段，相邻两段的状态相反：前一段已固化，则紧接着的后一段未固化，再接着的下一段已固化。
将这种预成型筋材挂到预先设计的挂架上，使未固化段形成复合材料异形筋材的符合设计的非直线形状，并且能够实现极大的挂载密度。
将挂架送入烘箱，经烘箱加温，实现未固化段复合材料异形筋材的最终固化，并获得符合设计的非直线形状。
附图说明：
附图1是本发明的单向激光照射方案实施过程示意图。
图1中，1是拉引增强纤维束，2是树脂液槽，3是树脂液，4是预浸带，5是收束模，6是螺旋缠绕丝束，7是绕丝装置，8是挂砂装置，9是挡光板，10是激光输出器，11是激光束，12是预成型筋材，13是拉引装置，14是拉引方向，L是激光光斑在拉引方向14上的长度。
附图2是本发明的多向激光照射方案实施过程示意图。
与图1相比，图2中设置了多个激光输出器10a，输出多束激光束11a，设置多块挡光板9a。
附图3是本发明的预成型筋材和预成型筋材的挂载方案示意图。
图3中，A段和B段是预先拉挤成型激光固化的直线段，C段是未经激光固化而利用挂架15成型烘箱固化的非直线段。
附图4是本发明的烘箱固化过程示意图。
图4中，烘箱16内实现了极高的挂架15密度，能够大幅度提高烘箱的生产能力。
实施方式:
拉引装置13向着拉引方向14拉引，增强纤维束1被导入树脂液槽2中并被树脂液3浸润形成预浸带4，预浸带4经收束模5导出。
此时，在绕丝装置7的作用下，螺旋缠绕丝束6连续不断地缠绕在预浸带4的外面形成紧束状态的预浸带。
紧束状态的预浸带随后进入挂砂装置8的作用范围，此时，得益于紧束状态的预浸带表面溢出的树脂液的粘附作用，砂砾粘附于紧束状态的预浸带的外表面。随后，粘附砂砾的紧束状态的预浸带进入激光输出器10发射的激光束11的照射区，在激光束11的断续加温作用下，预先固化段实现固化，而需后续烘箱固化段保持未固化状态，经受控裁截得到预成型筋材12。
预成型筋材12上有经拉挤成型激光固化的已固化A段和B段，也有拉挤成型过程中激光输出器10间断输出激光束而未固化的C段。
将预成型筋材12按设计挂到挂架15上，使C段形成设计形状，送入烘箱16内，经烘箱16加温固化，最终得到成品复合材料异形筋材。
挡光板8能够遮挡被预浸料透射和散射的激光，避免对环境造成污染。
激光束11的加热功率能够与拉引速度相匹配，保证了预成型筋材12上A段和B段固化所需的最佳温度。
能够通过增加激光输出器10所输出激光光斑的长度L，来增加粘附砂砾的紧束状态的预浸带被激光照射的时间，从而增加了热扩散时间，实现粘附砂砾的紧束状态的预浸带内部温度的均匀化。
在构成粘附砂砾的紧束状态的预浸带的树脂液中添加适当浓度的填料，以改变预浸料的吸收系数和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的粘附砂砾的紧束状态的预浸带在激光束11照射下内部出现最佳的温度梯度。
在不同方向设置多个激光输出器10a，发射多束激光束11a投向粘附砂砾的紧束状态的预浸带的同一段，利用多束激光束11a在粘附砂砾的紧束状态的预浸带深处的累积效应来抵消单束激光束11的在粘附砂砾的紧束状态的预浸带内部的递减温度梯度，能够使厚度更大的粘附砂砾的紧束状态的预浸带不同深度同步获得最佳的固化温度。
根据粘附砂砾的紧束状态的预浸带中增强纤维束和树脂液的材质不同，能够选择不同波长的照射激光光源，以改变粘附砂砾的紧束状态的预浸带的吸收系数和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的粘附砂砾的紧束状态的预浸带在激光束11(或11a)照射下内部出现最佳的温度梯度。

Claims (6)

1.拉挤成型激光烘箱复合固化制备复合材料异形筋材的方法，用拉挤成型激光固化与烘箱定型固化相结合，制备带有较长直线段的复合材料异形筋材，其特征是：粘附砂砾的紧束状态的预浸带进入激光输出器(10)发射的激光束(11)的照射区，在激光束(11)的断续加温作用下，预先固化段实现固化，而需后续烘箱固化段保持未固化状态，经受控裁截得到预成型筋材(12)，预成型筋材(12)上有经拉挤成型激光固化的已固化的直线A段和直线B段，也有拉挤成型过程中激光输出器(10)间断输出激光束而未固化的C段，将预成型筋材(12)按设计挂到挂架(15)上，使C段形成符合设计的非直线形状，送入烘箱(16)内加温固化，最终得到成品复合材料异形筋材。
2.如权利要求1所述的拉挤成型激光烘箱复合固化制备复合材料异形筋材的方法，其特征是：激光束(11)的加热功率能够与拉引速度相匹配，保证了预成型筋材(12)上A段和B段固化所需的最佳温度。
3.如权利要求1所述的拉挤成型激光烘箱复合固化制备复合材料异形筋材的方法，其特征是：能够通过增加激光输出器(10)所输出激光光斑的长度(L)，来增加粘附砂砾的紧束状态的预浸带被激光照射的时间，从而增加了热扩散时间，实现粘附砂砾的紧束状态的预浸带内部温度的均匀化。
4.如权利要求1所述的拉挤成型激光烘箱复合固化制备复合材料异形筋材的方法，其特征是：在构成粘附砂砾的紧束状态的预浸带的树脂液中添加适当浓度的填料，以改变预浸料的吸收系数和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的粘附砂砾的紧束状态的预浸带在激光束(11)照射下内部出现最佳的温度梯度。
5.如权利要求1所述的拉挤成型激光烘箱复合固化制备复合材料异形筋材的方法，其特征是：在不同方向设置多个激光输出器(10)，发射多束激光束(11)投向粘附砂砾的紧束状态的预浸带的同一段，利用多束激光束(11)在粘附砂砾的紧束状态的预浸带深处的累积效应来抵消单束激光束(11)的在粘附砂砾的紧束状态的预浸带内部的递减温度梯度，能够使厚度更大的粘附砂砾的紧束状态的预浸带不同深度同步获得最佳的固化温度。
6.如权利要求1所述的拉挤成型激光烘箱复合固化制备复合材料异形筋材的方法，其特征是：挡光板(9)能够遮挡被预浸料透射和散射的激光，避免对环境造成污染。
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