使用選擇性燒結成型碳纖維增強聚合物復合材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及打印技術領域，具體涉及使用選擇性燒結成型碳纖維增強聚合物復合材料的方法。
【背景技術】
[0002]聚合物基碳纖維復合材料是以有聚合物為基體，連續(xù)碳纖維為增強材料組合而成的。聚合物基體材料雖然強度低，但由于其粘結性能好，能把纖維牢固地粘結起來，同時還能使載荷均勻分布，并傳遞到纖維上去，并允許纖維承受壓縮和剪切載荷。而纖維的高強度、高模量的特性使它成為理想的承載體。纖維和基體之間良好的結合充分展示各自的優(yōu)點，并能實現(xiàn)最佳結構設計、具有許多優(yōu)良特性。
[0003]現(xiàn)階段聚合物基碳纖維增強復合材料的成型工藝主要包含兩方面，一是成型，即將預浸料按產(chǎn)品要求鋪制成一定形狀，一般就是產(chǎn)品的形狀，二是固化，即把已鋪制成一定形狀的的疊層預浸料，在溫度、時間和壓力等因素影響下使形狀固定下來，并能達到預期的性能要求。成型工藝主要有手糊成型、注射成型、真空壓袋法成型、擠出成型、壓力袋成型、纖維纏繞成型、樹脂注射和樹脂傳遞成型等。
[0004]噴射成型法要求聚合物體系粘度適中、容易噴射霧化、同時必須脫出氣泡，并對纖維進行浸潤。其基本流程為將碳纖維進行編織，放置與模具中，將聚合物材料加熱成熔融狀態(tài)，加入引發(fā)劑、促進劑等添加劑，通過噴槍將其噴射于預制好的碳纖維上，后經(jīng)過固化后脫模成型。
[0005]以往的聚合物基碳纖維復合材料制造工藝，都采取模具成型的辦法。將碳纖維編織后放置與模具中，之后將熔融狀態(tài)的聚合物通過不同工藝方法(噴射、擠壓注射、手糊等方法)附著于碳纖維之上，之后再通過加熱、加壓等方法對材料進行固化，之后脫模得到所需的工件。這種方式存在三個問題:1、對聚合物材料的物性有特別要求，如噴射成型方式要求聚合物材料在熔融狀態(tài)下具有較高的流動性；手糊方式需要聚合物揮發(fā)性較低、同時熔融溫度不能過高；這些都制約了聚合物基碳纖維復合材料的應用。2、由于是通過模具成型，因此無法制造復雜結構件，如中部鏤空的結構件。傳統(tǒng)方式制造出的聚合物基碳纖維材料工件都為平板結構，如汽車發(fā)動機蓋、機翼等；3、工藝過程復雜，需要對聚合物進行加熱熔融，復合后還需進行固化、脫模等步驟，再此期間任何工藝上的缺陷都將導致制作出的工件有瑕疵。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的以上問題，提供一種使用選擇性燒結成型碳纖維增強聚合物復合材料的方法，本發(fā)明操作方法簡單，材料選擇性光，并且便于制造復雜的異形結構。
[0007]為實現(xiàn)上述技術目的，達到上述技術效果，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
[0008]使用選擇性燒結成型碳纖維增強聚合物復合材料的方法，包括以下步驟:
[0009]步驟I)將預編織成型的碳纖維層鋪設在工作臺面上；
[0010]步驟2)通過輥輪鋪料機構將聚合物粉末均勻鋪設在碳纖維層表面；
[0011 ] 步驟3)通過激光燒結設備將聚合物粉末熔融；
[0012]步驟4)熔融后的聚合物粉末與碳纖維層結合，冷卻后形成由碳纖維層和固態(tài)聚合物層組成的碳纖維復合體；
[0013]步驟5)在碳纖維復合體表面繼續(xù)鋪設步驟I中預編織成型的碳纖維層，然后重復步驟2和步驟3，冷卻后得到雙層碳纖維復合體；
[0014]步驟6)重復步驟5直至達到工件尺寸，得到成品。
[0015]進一步的，所述聚合物為塑性聚合物。
[0016]進一步的，所述步驟4與步驟5之間還通過輥輪鋪料機構將碳纖維復合體表面壓平。
[0017]進一步的，所述步驟5中激光燒結設備將聚合物粉末和固態(tài)聚合物層熔融。
[0018]進一步的，所述步驟4得到碳纖維復合體后工作臺面下降0.5至1_。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1、絕大多數(shù)塑性材料都可以用作基材、如聚乙烯、聚丙烯等材料，材料的選擇性比較廣；
[0021]2、通過選擇激光燒結的方式對聚合物進行熔融，之后逐層固化的方式可以加工內部結構復雜的異形結構；
[0022]3、制作過程無需模具，省去了脫模等繁瑣的工序。
[0023]上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例詳細說明如后。本發(fā)明的【具體實施方式】由以下實施例給出。
【具體實施方式】
[0024]下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0025]使用選擇性燒結成型碳纖維增強聚合物復合材料的方法，包括以下步驟:
[0026]步驟I)將預編織成型的碳纖維層鋪設在工作臺面上；
[0027]步驟2)通過輥輪鋪料機構將聚合物粉末均勻鋪設在碳纖維層表面；
[0028]步驟3)通過激光燒結設備將聚合物粉末熔融；
[0029]步驟4)熔融后的聚合物粉末與碳纖維層結合，冷卻后形成由碳纖維層和固態(tài)聚合物層組成的碳纖維復合體；
[0030]步驟5)在碳纖維復合體表面繼續(xù)鋪設步驟I中預編織成型的碳纖維層，然后重復步驟2和步驟3，冷卻后得到雙層碳纖維復合體；
[0031]步驟6)重復步驟5直至達到工件尺寸，得到成品。
[0032]其中，聚合物為塑性聚合物，可以反復熔融，便于相鄰復合體之間的融合。步驟4與步驟5之間還通過輥輪鋪料機構將碳纖維復合體表面壓平，提高平整度，利于提高制備質量，減少瑕疵。
[0033]步驟5中激光燒結設備將聚合物粉末和固態(tài)聚合物層熔融，保證雙層碳纖維復合體之間的牢固度。
[0034]步驟4得到碳纖維復合體后工作臺面下降0.5至1mm，預留出操作空間，以便于下一層結構的打印。
[0035]使用選擇性激光燒結設備，使用大功率激光為熱源，通過振鏡調節(jié)激光在工作面的位置，整個過程由程序控制完成，操作極為簡單，大功率激光在工作面形成高溫環(huán)境使得聚合物成為熔融狀態(tài)。熔融后的聚合物與預編織成型的碳纖維結合，冷卻后形成碳纖維復合體。當一個工作面完成后平臺下降重復步驟制作第二個平面，以此重復完成整個工件。其大大縮短了制造時間，并且出錯率低，提高產(chǎn)品質量。
[0036]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.使用選擇性燒結成型碳纖維增強聚合物復合材料的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟I)將預編織成型的碳纖維層鋪設在工作臺面上； 步驟2)通過輥輪鋪料機構將聚合物粉末均勻鋪設在碳纖維層表面； 步驟3)通過激光燒結設備將聚合物粉末熔融； 步驟4)熔融后的聚合物粉末與碳纖維層結合，冷卻后形成由碳纖維層和固態(tài)聚合物層組成的碳纖維復合體； 步驟5)在碳纖維復合體表面繼續(xù)鋪設步驟I中預編織成型的碳纖維層，然后重復步驟2和步驟3，冷卻后得到雙層碳纖維復合體； 步驟6)重復步驟5直至達到工件尺寸，得到成品。2.根據(jù)權利要求1所述的使用選擇性燒結成型碳纖維增強聚合物復合材料的方法，其特征在于:所述聚合物為塑性聚合物。3.根據(jù)權利要求1所述的使用選擇性燒結成型碳纖維增強聚合物復合材料的方法，其特征在于:所述步驟4與步驟5之間還通過輥輪鋪料機構將碳纖維復合體表面壓平。4.根據(jù)權利要求1所述的使用選擇性燒結成型碳纖維增強聚合物復合材料的方法，其特征在于:所述步驟5中激光燒結設備將聚合物粉末和固態(tài)聚合物層熔融。5.根據(jù)權利要求1所述的使用選擇性燒結成型碳纖維增強聚合物復合材料的方法，其特征在于:所述步驟4得到碳纖維復合體后工作臺面下降0.5至1mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了使用選擇性燒結成型碳纖維增強聚合物復合材料的方法，包括以下步驟：步驟1)將預編織成型的碳纖維層鋪設在工作臺面上；步驟2)通過輥輪鋪料機構將聚合物粉末均勻鋪設在碳纖維層表面；步驟3)通過激光燒結設備將聚合物粉末熔融；步驟4)熔融后的聚合物粉末與碳纖維層結合，冷卻后形成由碳纖維層和固態(tài)聚合物層組成的碳纖維復合體；步驟5)在碳纖維復合體表面繼續(xù)鋪設步驟1中預編織成型的碳纖維層，然后重復步驟2和步驟3，冷卻后得到雙層碳纖維復合體；步驟6)重復步驟5直至達到工件尺寸，得到成品。本發(fā)明操作方法簡單，材料選擇性光，并且便于制造復雜的異形結構。
【IPC分類】B32B37/02, B32B37/04
【公開號】CN104943323
【申請?zhí)枴緾N201510224487
【發(fā)明人】郭池, 徐軍, 梁園
【申請人】蘇州秉創(chuàng)科技有限公司, 西安交通大學蘇州研究院
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月6日