CN106273557A - 拉挤成型激光固化制备复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种保留现有拉挤成型法优点，用激光固化取代埋设在成型模具内的加热元件或隧道窑加温固化的复合材料制备方法，在拉引装置9作用下，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导出进入激光输出器6发射的激光束7的照射区，在激光束7的加热作用下达到最终成型所需的固化温度，固化形成复合材料10。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。在不同方向设置多个激光输出器6a，发射多束激光束7a投向预浸料的同一段，利用多束激光束7a在预浸料深处的累积效应来抵消单束激光束7的在预浸料内部的递减温度梯度，使厚度较大的预浸料不同深度同步获得最佳的固化温度。

Description

拉挤成型激光固化制备复合材料
技术领域
拉挤成型激光固化制备复合材料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。
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低、固化后出拉挤成型模时复合材料易开裂等缺陷。
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、易发生流胶和滴胶等缺陷。
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，用激光固化取代埋设在拉挤成型模具内的加热元件加温固化或用激光固化取代隧道窑加温固化的复合材料制备方法，以克服现有拉挤成型加温固化复合材料制备方法的缺点。
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。
在特定方向激光照射下，材料由表面到内部的温度变化取决于多种因素，包括投射深度χ、吸收系数α和散射系数S，如果入射激光光能量密度为I 0 ，则深度χ处得到的激光能量密度为：I=I o exp(-(α+S)χ)。
越深处得到的激光光能越少，这种现象将导致激光照射方向上材料内部出现递减温度梯度，使厚度稍大的预浸料不同深度处难以同步获得所需的固化温度。
本发明的一个解决方案是从不同方向设计多束激光投向预浸料的同一段，利用多束激光在预浸料深处的累积效应来抵消单束激光的递减温度梯度，使厚度较大的预浸料不同深度同步获得适当的固化温度。
本发明的另一个解决方案是设计激光输出器所输出激光光斑的形状，这样就能在预浸料拉引速度一定的情况下，增加激光输出器所输出激光光斑的长度，来增加预浸料被激光照射的时间，从而增加了热扩散时间，实现预浸料内部温度的均匀化。
本发明的第三个解决方案是在构成预浸料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α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料在激光照射下内部出现预期的温度梯度。
本发明的第四个解决方案是：根据预浸料中增强纤维束和树脂液的材质不同，选择不同波长的照射激光光源，以改变预浸料的吸收系数α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料在激光照射下内部出现预期的温度梯度。
优化的是，本发明激光束的加热功率能够与拉引速度相匹配，保证了复合材料固化所需的最佳温度。
更加优化的是，本发明增加激光输出器所输出激光光斑的长度，来增加预浸料被激光照射的时间，从而增加了热扩散时间，实现预浸料内部温度的均匀化。
更加优化的是，本发明在构成预浸料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α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料在激光照射下内部出现最佳的温度梯度。
更加优化的是，本发明在不同方向设计多束激光投向预浸料的同一段，利用多束激光在预浸料深处的累积效应来抵消单束激光的递减温度梯度，使厚度较大的预浸料不同深度同步获得最佳的固化温度。
更加优化的是，本发明根据预浸料中增强纤维束和树脂液的材质不同，选择不同波长的照射激光光源，以改变预浸料的吸收系数α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料在激光照射下内部出现最佳的温度梯度。
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。
附图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是收束成型模，6是激光输出器，7是激光束，8是挡光板，9是拉引装置，10是拉挤复合材料成材，11是拉引方向，L是激光束7在拉引方向11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6a，输出多束激光束7a，设置多块挡光板8a。
拉引装置9向着拉引方向11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经收束成型模5导出进入激光输出器6发射的激光束7的照射区，在激光束7的加热作用下达到最终成型所需的固化温度，固化形成复合材料10。
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7的加热功率能够与拉引速度相匹配，保证了复合材料10固化所需的最佳温度。
能够通过增加激光输出器6所输出激光光斑的长度L，来增加预浸料被激光照射的时间，从而增加了热扩散时间，实现预浸料内部温度的均匀化。
在构成预浸料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α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料在激光束7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6a，发射多束激光束7a投向预浸料的同一段，利用多束激光束7a在预浸料深处的累积效应来抵消单束激光束7的在预浸料内部的递减温度梯度，能够使厚度更大的预浸料不同深度同步获得最佳的固化温度。
根据预浸料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，以改变预浸料的吸收系数α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料在激光束7（或7a）照射下内部出现最佳的温度梯度。

Claims (7)

1.拉挤成型激光固化制备复合材料，其特征是：用激光固化取代埋设在拉挤成型模具内的加热元件加温固化或用激光固化取代隧道窑加温固化, 拉引装置（9）向着拉引方向（11）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（4）经收束成型模（5）导出进入激光输出器（6）发射的激光束（7）的照射区，在激光束（7）的加热作用下达到最终成型所需的固化温度，固化形成复合材料（10）。
2.如权利要求1所述的拉挤成型激光固化制备复合材料，其特征是：激光束（7）的加热功率能够与拉引速度相匹配，保证了复合材料（10）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固化制备复合材料，其特征是：能够通过增加激光输出器（6）所输出激光光斑的长度（L），来增加预浸料被激光照射的时间，从而增加了热扩散时间，实现预浸料内部温度的均匀化。
4.如权利要求1所述的拉挤成型激光固化制备复合材料，其特征是：在构成预浸料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α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料在激光束（7）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固化制备复合材料，其特征是：在不同方向设置多个激光输出器（6a），发射多束激光束（7a）投向预浸料的同一段，利用多束激光束（7a）在预浸料深处的累积效应来抵消单束激光束（7）的在预浸料内部的递减温度梯度，能够使厚度更大的预浸料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固化制备复合材料，其特征是：根据预浸料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，以改变预浸料的吸收系数α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料在激光束（7）或（7a）照射下内部出现最佳的温度梯度。
7.如权利要求1所述的拉挤成型激光固化制备复合材料，其特征是：挡光板（8）或（8a）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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