預(yù)浸料激光掃描制備復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及預(yù)浸料激光掃描制備復(fù)合材料技術(shù)，這種技術(shù)涉及預(yù)浸料技術(shù)和激光掃描制備技術(shù)。所述預(yù)浸料技術(shù)指的是利用基質(zhì)材料溶液、熔融體或粉體對增強(qiáng)相進(jìn)行浸潤而制得預(yù)浸料的技術(shù)。所述激光掃描制備技術(shù)是指激光束攜帶足夠的能量投射到上層預(yù)浸料，被上層預(yù)浸料中的增強(qiáng)相高效吸收并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽@種熱能使浸潤增強(qiáng)相的基質(zhì)熔融，進(jìn)而使基質(zhì)與增強(qiáng)相之間形成更加牢固的結(jié)合，并且使上層預(yù)浸料與下層預(yù)浸料之間的基質(zhì)融合。在外加壓力作用下，上層預(yù)浸料和下層預(yù)浸料之間的基質(zhì)融合，激光束移走之后，上、下層預(yù)浸料被緊密連接起來，形成復(fù)合材料。重復(fù)上述操作，可以獲得多層復(fù)合材料。在需要加強(qiáng)的部位可以方便地任意增加復(fù)合的層數(shù)。
【專利說明】預(yù)浸料激光掃描制備復(fù)合材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及預(yù)浸料激光掃描制備復(fù)合材料技術(shù)，這種技術(shù)涉及預(yù)浸料技術(shù)和激光掃描制備技術(shù)。
[0002]所述預(yù)浸料技術(shù)指的是利用基質(zhì)材料溶液、熔融體或粉體對增強(qiáng)相進(jìn)行浸潤而制得預(yù)浸料的技術(shù)。
[0003]所述激光掃描制備技術(shù)是指激光束攜帶足夠的能量投射到上層預(yù)浸料，被上層預(yù)浸料中的增強(qiáng)相高效吸收并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這種熱能使浸潤增強(qiáng)相的基質(zhì)熔融，進(jìn)而使基質(zhì)與增強(qiáng)相之間形成更加牢固的結(jié)合，并且使上層預(yù)浸料與下層預(yù)浸料之間的基質(zhì)融
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[0004]在外加壓力作用下，上層預(yù)浸料和下層預(yù)浸料之間的基質(zhì)融合，激光束移走之后，上、下層預(yù)浸料被緊密連接起來，形成復(fù)合材料。
技術(shù)背景
[0005]在透射技術(shù)中，有待連接的工件彼此鄰接的接觸面，在激光束的作用下熔化，隨后的冷卻中在壓力的作用下彼此實現(xiàn)連接，這種使用激光束的塑料焊接方法得到普遍公開。
[0006]專利文件EP1405713B1公開了一種激光裝置。在該激光裝置中，要么逐點地精確地在激光束入射處的位置上對工件進(jìn)行擠壓，要么面狀地在圍繞著激光束的入射處的區(qū)域中進(jìn)行擠壓，或者橫向于激光束的相對運動的線條對工件進(jìn)行擠壓。這樣，上下兩層工件緊密地壓合在一起并有效焊接。
[0007]專利文件200910139101.6公開了一種具有擺動的壓緊輥的激光裝置。在該激光裝置中，能夠旋轉(zhuǎn)的透明輥子同時具有聚焦激光束和壓緊被加工件的作用。
[0008]專利文件201010162571.7公開了一種熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料及其制備方法。該發(fā)明的制備方法是根據(jù)熱塑性樹脂的流變性能，利用熱輥熱壓連續(xù)化設(shè)備，通過調(diào)整加工溫度、加工壓力和加工時間等工藝條件得到界面結(jié)合性能較好的熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料。
[0009]專利文件200810176066.0公開了碳纖維復(fù)合材料的制造方法。其主要步驟如下:對碳纖維布進(jìn)行等離子體處理，而后將碳纖維布含浸于樹脂溶液中，最后熱壓經(jīng)含浸的碳纖維布以形成碳纖維板材。
[0010]專利文件200410018343公開了熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料片材及其制作方法和設(shè)備。其制作方法第一步先制備熱塑型預(yù)浸帶，首先把碳纖維加張力展平成片、擠出熱塑性樹脂涂覆在碳纖維上，然后通過浸潰、輥壓定型，經(jīng)自然冷卻后牽引、收卷。第二步為拉擠熱塑成型，通過第一步的若干層預(yù)浸帶經(jīng)預(yù)熱、熱壓、成型然后冷卻定型、收卷、牽引，得到成品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]已有激光塑料焊接技術(shù)中，涂覆于上、下兩層樹脂之間的吸收劑其作用僅僅是吸收激光能量而使之轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，同時在壓力作用下使上、下兩層樹脂熔融并焊接到一起。
[0012]已有樹脂基復(fù)合材料制備技術(shù)中，分布于樹脂基體中的、起增強(qiáng)作用的增強(qiáng)相或帶來附加功能的功能相，均是通過浸潰或外部傳入熱量而與基體樹脂熔融結(jié)合到一起。
[0013]本發(fā)明的主要特點是:首先利用起增強(qiáng)作用的增強(qiáng)相或帶來附加功能的功能相和樹脂結(jié)合制成預(yù)浸料，然后，利用增強(qiáng)相或功能相具有的吸收激光能量而使之轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿墓鉄崾辙D(zhuǎn)化特性，在激光能量與外加壓力的聯(lián)合作用下，最終得到含有樹脂的增強(qiáng)相或功能相預(yù)浸料之間相互復(fù)合而成的復(fù)合材料。
[0014]該制備方法與以往的復(fù)合材料制備方法相比，層間結(jié)合力強(qiáng)，增強(qiáng)相占復(fù)合材料的比重更高，比強(qiáng)度、比剛度更高，可以制成三維復(fù)合材料，更有利于生產(chǎn)線連續(xù)作業(yè)。
[0015]如果起增強(qiáng)作用的增強(qiáng)相或帶來附加功能的功能相選用的是碳纖維一維束或二維布或三維織物，則上述加工能夠得到碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料。
[0016]如果重復(fù)上述操作，可以獲得多層復(fù)合材料。
[0017]在需要加強(qiáng)的部位可以方便地任意增加復(fù)合的層數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下面借助于在附圖中示出的實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。本發(fā)明的其他特征可以從以下對本發(fā)明的 實施例所做的說明中結(jié)合權(quán)利要求和附圖來獲得。
[0019]本發(fā)明的單個特征在此可以僅僅自身或者多個一起在本發(fā)明的不同實施方式中得到實現(xiàn)。其中:
[0020]圖1是基于氣流壓緊激光焊接技術(shù)的預(yù)浸料激光掃描制備復(fù)合材料實施例。圖中，(6)和(7)為預(yù)浸料，預(yù)浸料中作為主體的增強(qiáng)相是能夠吸收激光能量并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿牟牧?，這種材料具有增強(qiáng)樹脂基體的作用，或同時具有為復(fù)合材料帶來其他特殊功能的作用，壓緊力由氣流(2)和模板(8)提供。
[0021]圖2是基于直接接觸壓緊激光焊接技術(shù)的預(yù)浸料激光掃描制備復(fù)合材料實施例。圖中，(6)和(7)為預(yù)浸料，預(yù)浸布中作為主體的增強(qiáng)相是能夠吸收激光能量并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿牟牧希@種材料具有增強(qiáng)樹脂基體的作用，或同時具有為復(fù)合材料帶來其他特殊功能的作用，壓緊力由加工頭(5a)和模板(8)提供。
[0022]圖3是基于具有聚光功能的透明壓緊輥壓緊激光焊接技術(shù)的預(yù)浸料激光掃描制備復(fù)合材料實施例。圖中，(13)為具有聚光功能的透明壓緊輥，圖中，(6)和(7)為預(yù)浸料，預(yù)浸料中作為主體的增強(qiáng)相是能夠吸收射線能量并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿牟牧?，這種材料具有增強(qiáng)樹脂基體的作用，或同時具有為復(fù)合材料帶來其他特殊功能的作用，壓緊力由壓緊輥
(13)和模板(8)提供。
【具體實施方式】
[0023]在圖1中，進(jìn)氣管⑴與加工頭(5)連通，把氣流(2)導(dǎo)入加工頭(5)中。從圖1可以看出，工頭(5)下端開設(shè)有出氣口。
[0024]氣流(2)從加工頭(5)下端的出氣口噴出，垂直或接近垂直作用于上層預(yù)浸布(6)的待加工區(qū)域上表面。
[0025]在氣流(2)產(chǎn)生的壓力的作用下，上層預(yù)浸布(6)向下變形，貼附于下層預(yù)浸料(7)的上表面并緊密壓合，下層預(yù)浸料(7)的下表面貼附于模板(8)上。
[0026]此時，經(jīng)鏡片(3)投射下來的激光束(4)照射上層預(yù)浸布(6)，被預(yù)浸布(6)中的增強(qiáng)相高效吸收，這種吸收使激光束(4)攜帶的能量轉(zhuǎn)化為熱能。
[0027]此熱能使得上層預(yù)浸料(6)和下層預(yù)浸料(7)的表面薄層樹脂膜及附著在增強(qiáng)相間隙中的樹脂迅速熔化，并在氣流(2)的壓緊力作用下熔合。
[0028]隨著加工頭(5)按前進(jìn)方向(9)發(fā)生運動，上層預(yù)浸料(6)和下層預(yù)浸料(7)的熔合區(qū)因激光束移除而迅速降溫固化，上層預(yù)浸料(6)和下層預(yù)浸料(7)牢固連接起來，形成具有兩層增強(qiáng)或功能相與樹脂基體相復(fù)合的復(fù)合材料。
[0029]圖2是本發(fā)明的另一個實施例。光源(10)發(fā)射激光經(jīng)聚光鏡(11)匯聚并照射到上層預(yù)浸料(6)，被其中的增強(qiáng)相或功能相吸收而轉(zhuǎn)化為熱能。
[0030]此熱能使得上層預(yù)浸料(6)和下層預(yù)浸料(7)的表面薄層樹脂膜及附著在增強(qiáng)相間隙中的樹脂迅速熔化，并在加工頭(5a)的壓緊力作用下熔合。
[0031]隨著加工頭(5a)按前進(jìn)方向(9)發(fā)生運動，上層預(yù)浸料(6)和下層預(yù)浸料(7)的熔合區(qū)因射線束移除而迅速降溫固化。
[0032]圖3是本發(fā)明的第三個實施例。光源(10)發(fā)射射線先經(jīng)聚光鏡(11)匯聚，后穿過壓緊輥(13)并進(jìn)一步匯聚，最后照射上層預(yù)浸料(6)，被預(yù)浸料(6)中的增強(qiáng)相或功能相高效吸收，這種吸收使激光束(4)攜帶的能量轉(zhuǎn)化為熱能。
[0033]此熱能使得上層預(yù)浸料(6)和下層預(yù)浸料(7)的表面薄層樹脂膜及附著在增強(qiáng)相間隙中的樹脂迅速熔化，并在壓緊輥(13)的壓緊力作用下熔合。
[0034]隨著加工頭(5b)按前進(jìn)方向(9)發(fā)生運動，上層預(yù)浸料(6)和下層預(yù)浸料(7)的熔合區(qū)因射線束移除而迅速降溫固化。
[0035]無論是按著圖1、圖2或圖3的實施例，疊層重復(fù)上述操作，均可以制備出多層復(fù)合材料。
[0036]無論是按著圖1、圖2或圖3的實施例，在需要加強(qiáng)的部位均可以方便地任意增加復(fù)合的層數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.把起增強(qiáng)作用的增強(qiáng)相或帶來附加功能的功能相與樹脂結(jié)合制成預(yù)浸料，共同取代吸收激光能量而使之轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿奈談┮约白鳛榛w相的樹脂，從而在激光能量或其他射線能量與外加壓力的聯(lián)合作用下，最終得到含有樹脂的增強(qiáng)相或功能相預(yù)浸布之間相互復(fù)合而成的復(fù)合材料。其特征是:在氣流(2)產(chǎn)生的壓力的作用下，上層預(yù)浸料(6)向下變形，貼附于下層被加工材料(8)的上表面緊密壓合，下層預(yù)浸料(7)的下表面貼附于模板(8)上。此時，經(jīng)鏡片(3)投射下來的射線束(4)照射上層預(yù)浸料(6)，被預(yù)浸料(6)中的增強(qiáng)相高效吸收，這種吸收使射線束(4)攜帶的能量轉(zhuǎn)化為熱能。此熱能使得上層預(yù)浸料(6)和下層預(yù)浸料(7)的表面薄層樹脂膜以及附著在增強(qiáng)相間隙中的樹脂迅速熔化，并在氣流(2)的壓緊力作用下熔合。隨著加工頭(5)按前進(jìn)方向(9)發(fā)生運動，上層預(yù)浸料(6)和下層預(yù)浸料(7)的熔合區(qū)因射線束移除而迅速降溫固化。固化后，具有功能的上層預(yù)浸料(6)和下層預(yù)浸料(7)牢固連接起來，形成復(fù)合材料。
2.按權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料制備方法，其特征是:上層預(yù)浸料(6)和下層預(yù)浸料(7)中的增強(qiáng)相或帶來附加功能的功能相應(yīng)具有對激光或其他射線的吸收功能，能夠使射線的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?br> 3.按權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料制備方法，其特征是:如果預(yù)浸料(6)和預(yù)浸料(7)選用碳纖維預(yù)浸料，預(yù)浸料的基體為樹脂，則最終制備的為碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料。
4.按權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料制備方法，其特征是:疊層重復(fù)按權(quán)利要求1所述操作過程，能夠制備 出多層復(fù)合材料。
5.按權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料制備方法，其特征是:可在需要加厚或需要減薄的部位，可以方便地任意增加或減少復(fù)合的層數(shù)。
【文檔編號】B29C35/08GK103935044SQ201410189254
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】王瑛瑋, 曹延君, 侯婷, 程文竹 申請人:王瑛瑋