拉擠成型激光烘箱復(fù)合固化制備異形復(fù)合材料屬于一種復(fù)合材料制備方法。

背景技術(shù)：

以往的復(fù)合材料制備方法有多種，其中包括拉擠成型加溫固化法。

拉擠成型加溫固化法具有生產(chǎn)連續(xù)性好、自動化程度高和成本較低等優(yōu)點。

一種加溫固化方法是利用埋設(shè)在拉擠成型模內(nèi)的加熱元件，使復(fù)合材料溫度達(dá)到固化所需溫度實現(xiàn)固化。

這種固化方法存在能量利用率低、拉擠速度慢、生產(chǎn)效率低、拉擠模制造成本高且磨損快壽命短、固化后出拉擠成型模時復(fù)合材料易開裂等缺陷。

另一種加溫固化方法是利用在拉擠成型模后面設(shè)置一節(jié)或多節(jié)隧道窯作為加熱元件，使復(fù)合材料溫度達(dá)到固化所需溫度實現(xiàn)固化。

這種固化方法拉擠速度較快，生產(chǎn)效率較高，但存在能量利用率更低、生產(chǎn)線過長的問題，且易發(fā)生流膠和滴膠等缺陷。

已有的復(fù)合材料異形材的制備方法是：先把預(yù)浸帶纏繞在專門設(shè)計制造的定型支架上，再把定型支架送入烘箱，進(jìn)行加溫固化。

這種方法存在的主要缺點有以下幾個：

第一，如果復(fù)合材料材尺寸大，則定型支架和烘箱的尺寸必須更大，對生產(chǎn)造成了較大的困擾。

第二，預(yù)浸帶往定型支架上纏繞的操作十分困難，效率極低，加溫定型完成之后的截斷操作工作量也很大，工人操作困難、勞動強(qiáng)度很大。

第三，加溫定型過程中由于定型支架的限制，烘箱填充率極低，能量利用率極低，產(chǎn)能極低，抬高了生產(chǎn)成本。

第四，定型支架的體積龐大、通用性差，復(fù)合材料異形材種類稍多時，多種定型支架的存儲、搬運(yùn)即成為很大問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種保留現(xiàn)有拉擠成型法優(yōu)點，用激光固化與烘箱定型固化相結(jié)合的復(fù)合材料異形材制備方法，以克服現(xiàn)有支架定型與烘箱加溫固化結(jié)合制備復(fù)合材料異形材的缺點。

激光投射到材料上，會產(chǎn)生一定的光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)，這種光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)會帶來材料表面和內(nèi)部的溫度升高效應(yīng)。

本發(fā)明用這種激光光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)取代隧道窯的加溫作用，通過控制激光輸出器斷續(xù)輸出激光束的方法，對預(yù)浸帶進(jìn)行分段固化，并按設(shè)計裁截，獲得一種復(fù)合材料異形材的多段復(fù)合材。

這種多段復(fù)合材的特點是每根上分為若干段，相鄰兩段的狀態(tài)相反：前一段已固化，則緊接著的后一段未固化，再接著的下一段已固化。

在特定方向激光照射下，材料由表面到內(nèi)部的溫度變化取決于多種因素，包括投射深度χ、吸收系數(shù)α和散射系數(shù)S，如果入射激光光能量密度為I₀，則深度χ處得到的激光能量密度為：I=I_oexp(-(α+S)χ)。

越深處得到的激光光能越少，這種現(xiàn)象將導(dǎo)致激光照射方向上材料內(nèi)部出現(xiàn)遞減溫度梯度，使厚度稍大的預(yù)浸料不同深度處難以同步獲得所需的固化溫度。

本發(fā)明的一個解決方案是從不同方向設(shè)計多束激光投向預(yù)浸料的同一段，利用多束激光在預(yù)浸料深處的累積效應(yīng)來抵消單束激光的遞減溫度梯度，使厚度較大的預(yù)浸料不同深度同步獲得適當(dāng)?shù)墓袒瘻囟取?/p>

本發(fā)明的另一個解決方案是設(shè)計激光輸出器所輸出激光光斑的形狀，這樣就能在預(yù)浸料拉引速度一定的情況下，增加激光輸出器所輸出激光光斑的長度，來增加預(yù)浸料被激光照射的時間，從而增加了熱擴(kuò)散時間，實現(xiàn)預(yù)浸料內(nèi)部溫度的均勻化。

本發(fā)明的第三個解決方案是在構(gòu)成預(yù)浸料的樹脂液中添加適當(dāng)濃度的填料，以改變預(yù)浸料的吸收系數(shù)α和散射系數(shù)S，使得截面有效尺寸一定的預(yù)浸料在激光照射下內(nèi)部出現(xiàn)預(yù)期的溫度梯度。

本發(fā)明的第四個解決方案是：根據(jù)預(yù)浸料中增強(qiáng)纖維束和樹脂液的材質(zhì)不同，選擇不同波長的照射激光光源，以改變預(yù)浸料的吸收系數(shù)α和散射系數(shù)S，使得截面有效尺寸一定的預(yù)浸料在激光照射下內(nèi)部出現(xiàn)預(yù)期的溫度梯度。

優(yōu)化的是，本發(fā)明激光束的加熱功率能夠與拉引速度相匹配，保證了復(fù)合材料固化所需的最佳溫度。

更加優(yōu)化的是，本發(fā)明增加激光輸出器所輸出激光光斑的長度，來增加預(yù)浸料被激光照射的時間，從而增加了熱擴(kuò)散時間，實現(xiàn)預(yù)浸料內(nèi)部溫度的均勻化。

更加優(yōu)化的是，本發(fā)明在構(gòu)成預(yù)浸料的樹脂液中添加適當(dāng)濃度的填料，以改變預(yù)浸料的吸收系數(shù)α和散射系數(shù)S，使得截面有效尺寸一定的預(yù)浸料在激光照射下內(nèi)部出現(xiàn)最佳的溫度梯度。

更加優(yōu)化的是，本發(fā)明能夠在不同方向設(shè)計多束激光投向預(yù)浸料的同一段，利用多束激光在預(yù)浸料深處的累積效應(yīng)來抵消單束激光的遞減溫度梯度，使厚度較大的預(yù)浸料不同深度同步獲得最佳的固化溫度。

更加優(yōu)化的是，本發(fā)明能夠根據(jù)預(yù)浸料中增強(qiáng)纖維束和樹脂液的材質(zhì)不同，選擇不同波長的照射激光光源，以改變預(yù)浸料的吸收系數(shù)α和散射系數(shù)S，使得截面有效尺寸一定的預(yù)浸料在激光照射下內(nèi)部出現(xiàn)最佳的溫度梯度。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明的單向激光照射方案實施過程示意圖。

附圖1中，1是拉引增強(qiáng)纖維束，2是樹脂液槽，3是樹脂液，4是預(yù)浸帶，5是收束模，6是激光輸出器，7是激光束，8是擋光板，9是激光固化段，10是拉引裝置，11是后續(xù)烘箱固化段，12是裁刀，13是拉引方向，L是激光光斑在拉引方向13上的長度。

附圖2是本發(fā)明的多向激光照射方案實施過程示意圖。

與圖1相比，附圖2中設(shè)置了多個激光輸出器6a，輸出多束激光束7a，設(shè)置多塊擋光板8a。

附圖3是本發(fā)明的多段復(fù)合材和多段復(fù)合材掛置于掛架的示意圖。

對圖1或圖2提供的方案制得的分段固化復(fù)合材料進(jìn)行裁截，得到附圖3中的多段復(fù)合材，其上分成A、B和C三段，A和B為激光已固化段，C段為后續(xù)烘箱固化段，桂置于掛架14上之后，C段形成曲線或曲面，隨后在烘箱中C段固化成型。

拉引裝置12向著拉引方向13拉引，增強(qiáng)纖維束1被導(dǎo)入樹脂液槽2中并被樹脂液3浸潤形成預(yù)浸帶4，預(yù)浸帶4經(jīng)收束模5導(dǎo)出。

隨后，預(yù)浸帶進(jìn)入激光輸出器6發(fā)射的激光束7的照射區(qū)，在激光束7的加熱作用下達(dá)到最終成型所需的固化溫度。

在預(yù)先設(shè)置的控制之下，激光輸出器6發(fā)射的激光束7斷續(xù)輸出，形成激光固化段9和后續(xù)烘箱固化段11。

擋光板8能夠遮擋被預(yù)浸料透射和散射的激光，避免對環(huán)境造成污染。

裁刀12對圖1或圖2提供的方案制得的分段固化復(fù)合材料進(jìn)行裁截，得到附圖3中的多段復(fù)合材，其上包含A、B和C三段，A和B為激光已固化段，C段為后續(xù)烘箱固化段，桂置于掛架14上之后，C段形成曲線或曲面。

多個掛架14上桂置大量的多段復(fù)合材，置于烘箱內(nèi)達(dá)到最佳烘箱空間利用效果，加溫實現(xiàn)C段固化，最終制得復(fù)合材料異形材。

激光束7的加熱功率能夠與拉引速度相匹配，保證了復(fù)合材料固化所需的最佳溫度。

能夠通過增加激光輸出器6所輸出激光光斑的長度L，來增加預(yù)浸帶被激光照射的時間，從而增加了熱擴(kuò)散時間，實現(xiàn)預(yù)浸帶內(nèi)部溫度的均勻化。

在構(gòu)成預(yù)浸帶的樹脂液中添加適當(dāng)濃度的填料，以改變預(yù)浸料的吸收系數(shù)α和散射系數(shù)S，使得截面有效尺寸一定的預(yù)浸帶在激光束7照射下內(nèi)部出現(xiàn)最佳的溫度梯度。

在不同方向設(shè)置多個激光輸出器6a，發(fā)射多束激光束7a投向預(yù)浸帶的同一段，利用多束激光束7a在預(yù)浸帶深處的激光累積效應(yīng)來抵消單束激光束7在預(yù)浸帶內(nèi)部的遞減溫度梯度，能夠使厚度更大的預(yù)浸帶不同深度同步獲得最佳的固化溫度。

根據(jù)預(yù)浸帶中增強(qiáng)纖維束和樹脂液的材質(zhì)不同，能夠選擇不同波長的照射激光光源，以改變預(yù)浸帶的吸收系數(shù)α和散射系數(shù)S，使得截面有效尺寸一定的預(yù)浸帶在激光束7（或7a）照射下內(nèi)部出現(xiàn)最佳的溫度梯度。