CN107470778B - 碳纤维复合材料胶接面预处理方法 - Google Patents
碳纤维复合材料胶接面预处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107470778B CN107470778B CN201710545993.4A CN201710545993A CN107470778B CN 107470778 B CN107470778 B CN 107470778B CN 201710545993 A CN201710545993 A CN 201710545993A CN 107470778 B CN107470778 B CN 107470778B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon fibre
- fibre composite
- face
- glued
- excimer laser
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 59
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 12
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 238000002679 ablation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims abstract description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920013657 polymer matrix composite Polymers 0.000 description 1
- 239000011160 polymer matrix composite Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Abstract
本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法采用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行预处理；准分子激光直接将胶接面材料分子激发到电子态，直至打断材料分子的化学键，使胶接面产生蚀除现象而形成微观粗糙表面，同时，通过预处理过程中潜在的光效应改变碳纤维复合材料胶接面树脂基团活性及碳纤维表面特性，从而实现对碳纤维复合材料胶接面的预处理。本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法提高了纤维复合材料胶接面表面预处理质量和工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及表面处理技术领域，具体涉及一种碳纤维复合材料胶接面预处理方法。
背景技术
为保证碳纤维复合材料胶接的强度和耐久性，必须对胶接接头进行表面预处理以增加胶黏剂与材料表面的粘接力。现有技术中，碳纤维复合材料胶接面表面预处理主要采用砂纸对表面进行手工打磨再用有机溶剂清洗的工艺。采用砂纸打磨，工作环境恶劣、打磨表面质量不均、表层纤维易损伤、工艺过程难以量化。砂纸打磨后的碳纤维复合材料表面会嵌入一些树脂基体的颗粒，一般的清洗工序很难将它们完全去除。这些嵌入的颗粒周围在振动、冷热交变或应力载荷条件下都会成为微裂纹的萌生区域，从而直接影响胶接的可靠性和寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维复合材料胶接面预处理方法，以提高纤维复合材料胶接面表面预处理质量和工作效率。
为了达到上述的目的，本发明提供一种碳纤维复合材料胶接面预处理方法，采用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行预处理；准分子激光直接将胶接面材料分子激发到电子态，直至打断材料分子的化学键，使胶接面产生蚀除现象而形成微观粗糙表面，同时，通过预处理过程中潜在的光效应改变碳纤维复合材料胶接面树脂基团活性及碳纤维表面特性，从而实现对碳纤维复合材料胶接面的预处理。
上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述准分子激光为波长为 193nm～351nm的紫外激光，该紫外激光发射的光子能量在3.5eV～11.5eV之间。
上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述准分子激光的平均功率为30W～200W。
上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述准分子激光的扫描速度为10mm/s～1000mm/s。
上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述准分子激光采用线扫描方式或逐行扫描方式。
上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，线扫描方式中，所述准分子激光的线形光斑的扫描方向与碳纤维复合材料最外层纤维方向呈0°或±45°。
上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述碳纤维复合材料为碳纤维增强树脂基复合材料。
上述碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其中，所述碳纤维复合材料胶接面预处理方法还包括，用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行处理后，将碳纤维复合材料胶接面浸没在无水乙醇或丙酮溶剂中，超声清洗30min～60min，然后擦拭碳纤维复合材料胶接面并置于洁净处晾干。
与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：
本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法解决了传统的手工打磨过程中打磨参数无法量化、需要凭借操作人员经验、且效率低、劳动强度大等不足；该方法具有精度高、质量稳定性一致性好、能够实现自动化表面处理的特点，能够满足航天器结构地面装配的实际需求，还具备一定的技术移植性。
附图说明
本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法由以下的实施例及附图给出。
图1是准分子激光器、准分子激光和碳纤维复合材料的组合示意图。
图2是本发明较佳实施例中逐行扫描方式的示意图。
图3是本发明较佳实施例中线扫描方式的示意图。
具体实施方式
以下将结合图1～图3对本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法作进一步的详细描述。
本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法采用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行预处理。如图1所示，准分子激光器1产生的准分子激光2垂直入射碳纤维复合材料表面3(即碳纤维复合材料胶接面)，准分子激光2直接将表面材料分子激发到电子态，直至打断材料分子的化学键，使表面产生蚀除现象而形成微观粗糙表面，同时，通过预处理过程中潜在的光效应改变碳纤维复合材料表面3树脂基团活性及碳纤维表面特性，从而实现对碳纤维复合材料胶接面的预处理。
本发明中，所述准分子激光2为惰性气体和卤素气体的混合气体的分子在受到电子束激发时向其基态跃迁时产生的激光；本发明中，准分子激光2为紫外激光，该紫外激光发射的光子能量在3.5eV～11.5eV之间。较佳地，该紫外激光的波长为193nm～351nm。
根据碳纤维复合材料的特性(即碳纤维和树脂种类)，选择合适激光参数，可实现最佳预处理效果。所述激光参数包括激光功率、扫描方式和扫描速度。
本发明较佳实施例中，所述准分子激光2的平均功率为30W～200W；所述准分子激光2的扫描速度为10mm/s～1000mm/s。
本发明较佳实施例中，所述准分子激光2的扫描方式包括线扫描方式和逐行扫描方式。
图2所示为本发明较佳实施例中逐行扫描方式的示意图。如图2所示，所述准分子激光2的矩形光斑21在碳纤维复合材料表面3上做“蛇形”的往返扫描，图2中箭头表示矩形光斑扫描路径，图2中标号31表示未处理表面，标号 32表示已处理表面。
图3所示为本发明较佳实施例中线扫描方式的示意图。如图3所示，所述准分子激光2的线形光斑22可实现大范围的表面处理，效率较高。实验表明，该线形光斑22的扫描方向(图3中箭头方向)与碳纤维复合材料最外层纤维方向呈0°或±45°时，表面预处理效果较佳。图3中标号33表示未处理表面，标号34表示已处理表面。
本发明较佳实施例中，所述碳纤维复合材料为碳纤维增强树脂基复合材料。
本发明的碳纤维复合材料胶接面预处理方法还包括，用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行处理后，将碳纤维复合材料表面3(胶接面)浸没在无水乙醇或丙酮等溶剂中，超声清洗30min～60min，然后擦拭碳纤维复合材料表面 3并置于洁净处晾干。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其特征在于，采用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行预处理；准分子激光直接将胶接面材料分子激发到电子态，直至打断材料分子的化学键，使胶接面产生蚀除现象而形成微观粗糙表面，同时，通过预处理过程中潜在的光效应改变碳纤维复合材料胶接面树脂基团活性及碳纤维表面特性，从而实现对碳纤维复合材料胶接面的预处理；
所述准分子激光为波长为193nm～351nm的紫外激光，该紫外激光发射的光子能量在3.5eV～11.5eV之间；
所述准分子激光的平均功率为30W～200W；
所述准分子激光的扫描速度为10mm/s～1000mm/s；
其特征在于，所述准分子激光采用线扫描方式或逐行扫描方式；
所述碳纤维复合材料为碳纤维增强树脂基复合材料；
所述碳纤维复合材料胶接面预处理方法还包括，用准分子激光对碳纤维复合材料胶接面进行处理后，将碳纤维复合材料胶接面浸没在无水乙醇或丙酮溶剂中，超声清洗30min～60min，然后擦拭碳纤维复合材料胶接面并置于洁净处晾干。
2.如权利要求1所述的碳纤维复合材料胶接面预处理方法，其特征在于，线扫描方式中，所述准分子激光的线形光斑的扫描方向与碳纤维复合材料最外层纤维方向呈0°或±45°。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710545993.4A CN107470778B (zh) | 2017-07-06 | 2017-07-06 | 碳纤维复合材料胶接面预处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710545993.4A CN107470778B (zh) | 2017-07-06 | 2017-07-06 | 碳纤维复合材料胶接面预处理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107470778A CN107470778A (zh) | 2017-12-15 |
| CN107470778B true CN107470778B (zh) | 2019-09-17 |
Family
ID=60596434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710545993.4A Expired - Fee Related CN107470778B (zh) | 2017-07-06 | 2017-07-06 | 碳纤维复合材料胶接面预处理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107470778B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109894751B (zh) * | 2019-03-11 | 2020-12-29 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种金属箔材表面纤维丝凹槽的刻蚀方法 |
| CN112440001A (zh) * | 2019-08-29 | 2021-03-05 | 上海飞机制造有限公司 | 复合材料表面预处理系统 |
| CN110586579B (zh) * | 2019-08-30 | 2022-02-15 | 江苏大学 | 一种碳纤维复合材料激光清洗与表面改性复合加工的装置及方法 |
| CN110560907A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-13 | 中国民用航空飞行学院 | 一种碳纤维复合材料红外激光表面处理工艺 |
| CN111761827B (zh) * | 2020-06-09 | 2022-03-18 | 武汉理工大学 | 一种碳纤维增强树脂基复合材料连接工艺方法 |
| CN111761828B (zh) * | 2020-06-09 | 2022-04-15 | 武汉理工大学 | 一种超声强化碳纤维增强树脂基复合材料粘接工艺 |
| CN116141712B (zh) * | 2023-02-15 | 2024-08-13 | 中国民用航空飞行学院 | 基于激光可控加工的frp胶接维修几何构型实现方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201366582Y (zh) * | 2009-03-13 | 2009-12-23 | 北京工业大学 | 制备具有超疏水性表面聚偏氟乙烯的装置 |
| CN102248688A (zh) * | 2011-03-14 | 2011-11-23 | 北京工业大学 | 水膜快速擦写导电聚偏乙烯导电层的方法 |
| CN102814590A (zh) * | 2012-07-21 | 2012-12-12 | 北京工业大学 | 一种脱落正畸托槽底板粘结剂的激光去除方法 |
-
2017
- 2017-07-06 CN CN201710545993.4A patent/CN107470778B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201366582Y (zh) * | 2009-03-13 | 2009-12-23 | 北京工业大学 | 制备具有超疏水性表面聚偏氟乙烯的装置 |
| CN102248688A (zh) * | 2011-03-14 | 2011-11-23 | 北京工业大学 | 水膜快速擦写导电聚偏乙烯导电层的方法 |
| CN102814590A (zh) * | 2012-07-21 | 2012-12-12 | 北京工业大学 | 一种脱落正畸托槽底板粘结剂的激光去除方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 激光处理对民机复合材料胶接维修母体表面自由能的影响研究;杨文锋等;《硅酸盐通报》;20151130;第298-302页 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107470778A (zh) | 2017-12-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107470778B (zh) | 碳纤维复合材料胶接面预处理方法 | |
| CN102839824B (zh) | 一种钢结构粘钢加固方法 | |
| CN104626543B (zh) | 热塑性复合材料的焊接方法 | |
| CN108817673B (zh) | 一种激光空泡表面预处理装置及方法 | |
| CN1425730A (zh) | 用纤维增强复合材料加固修复钢结构的方法 | |
| CN108787636A (zh) | 一种激光清洗去除复合材料表面漆层的方法 | |
| CN112026207A (zh) | 一种外场低温环境复合材料芳纶纸蜂窝芯损伤修理方法 | |
| CN106956080A (zh) | 便携式单轨道激光除锈设备 | |
| CN108705213A (zh) | 一种激光加工方法及装置 | |
| CN110560907A (zh) | 一种碳纤维复合材料红外激光表面处理工艺 | |
| CN107718607A (zh) | 一种风机叶片叶尖修复方法 | |
| CN110284724A (zh) | Grc板块修补方法 | |
| CN105089288A (zh) | 钢结构梁的抗疲劳加固方法 | |
| CN106119832A (zh) | 发动机加力泵叶轮叶尖气蚀的修复方法 | |
| CN216267735U (zh) | 一种修复复合材料的装置 | |
| US4098031A (en) | Method for lapping semiconductor material | |
| CN108661852B (zh) | 复合保护层和叶片 | |
| CN112411191A (zh) | 一种碳纤维材料表面缺陷的修复方法 | |
| CN104793290B (zh) | 一种大芯径光纤端面处理装置及其处理方法 | |
| CN115592986A (zh) | 一种修复复合材料的方法 | |
| CN101769077A (zh) | 用玄武岩纤维布加固运行变电站中混凝土梁的方法 | |
| CN115609972A (zh) | 一种复合材料的表面预处理-修复方法 | |
| CN111761827B (zh) | 一种碳纤维增强树脂基复合材料连接工艺方法 | |
| CN113977995A (zh) | 一种基于红外脉冲激光清理及紫外光固化快速原位修复复合材料的设备和方法 | |
| CN108405487A (zh) | 一种无损激光清洗方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for 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 | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190917 |