拉擠成型激光固化制備復合材料的制作方法

拉擠成型激光固化制備復合材料屬于一種復合材料制備方法。

背景技術：

以往的復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連續性好、自動化程度高和成本較低等優點。

一種加溫固化方法是利用埋設在拉擠成型模內的加熱元件，使復合材料溫度達到固化所需溫度實現固化。

這種固化方法存在能量利用率低、拉擠速度慢生產效率低、拉擠模制造成本高且磨損快壽命低、固化后出拉擠成型模時復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置一節或多節隧道窯作為加熱元件，使復合材料溫度達到固化所需溫度實現固化。

這種固化方法拉擠速度較快，生產效率較高，但存在能量利用率更低、生產線過長、易發生流膠和滴膠等缺陷。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種保留現有拉擠成型法優點，用激光固化取代埋設在拉擠成型模具內的加熱元件加溫固化或用激光固化取代隧道窯加溫固化的復合材料制備方法，以克服現有拉擠成型加溫固化復合材料制備方法的缺點。

激光投射到材料上，會產生一定的光熱轉化效應，這種光熱轉化效應會帶來材料表面和內部的溫度升高效應。

在特定方向激光照射下，材料由表面到內部的溫度變化取決于多種因素，包括投射深度χ、吸收系數α和散射系數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，這種現象將導致激光照射方向上材料內部出現遞減溫度梯度，使厚度稍大的預浸料不同深度處難以同步獲得所需的固化溫度。

本發明的一個解決方案是從不同方向設計多束激光投向預浸料的同一段，利用多束激光在預浸料深處的累積效應來抵消單束激光的遞減溫度梯度，使厚度較大的預浸料不同深度同步獲得適當的固化溫度。

本發明的另一個解決方案是設計激光輸出器所輸出激光光斑的形狀，這樣就能在預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，來增加預浸料被激光照射的時間，從而增加了熱擴散時間，實現預浸料內部溫度的均勻化。

本發明的第三個解決方案是在構成預浸料的樹脂液中添加適當濃度的填料，以改變預浸料的吸收系數α和散射系數S，使得截面有效尺寸一定的預浸料在激光照射下內部出現預期的溫度梯度。

本發明的第四個解決方案是：根據預浸料中增強纖維束和樹脂液的材質不同，選擇不同波長的照射激光光源，以改變預浸料的吸收系數α和散射系數S，使得截面有效尺寸一定的預浸料在激光照射下內部出現預期的溫度梯度。

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

更加優化的是，本發明增加激光輸出器所輸出激光光斑的長度，來增加預浸料被激光照射的時間，從而增加了熱擴散時間，實現預浸料內部溫度的均勻化。

更加優化的是，本發明在構成預浸料的樹脂液中添加適當濃度的填料，以改變預浸料的吸收系數α和散射系數S，使得截面有效尺寸一定的預浸料在激光照射下內部出現最佳的溫度梯度。

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

更加優化的是，本發明根據預浸料中增強纖維束和樹脂液的材質不同，選擇不同波長的照射激光光源，以改變預浸料的吸收系數α和散射系數S，使得截面有效尺寸一定的預浸料在激光照射下內部出現最佳的溫度梯度。

附圖說明

附圖1是本發明的單向激光照射方案實施過程示意圖。

附圖1中，1是拉引增強纖維束，2是樹脂液槽，3是樹脂液，4是預浸帶，5是收束成型模，6是激光輸出器，7是激光束，8是擋光板，9是拉引裝置，10是拉擠復合材料成材，11是拉引方向，L是激光束7在拉引方向11上的長度。

附圖2是本發明的多向激光照射方案實施過程示意圖。

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

拉引裝置9向著拉引方向11拉引，增強纖維束1被導入樹脂液槽2中并被樹脂液3浸潤形成預浸帶4，預浸帶4經收束成型模5導出進入激光輸出器6發射的激光束7的照射區，在激光束7的加熱作用下達到最終成型所需的固化溫度，固化形成復合材料10。

擋光板8能夠遮擋被預浸料透射和散射的激光，避免對環境造成污染。

激光束7的加熱功率能夠與拉引速度相匹配，保證了復合材料10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，來增加預浸料被激光照射的時間，從而增加了熱擴散時間，實現預浸料內部溫度的均勻化。

在構成預浸料的樹脂液中添加適當濃度的填料，以改變預浸料的吸收系數α和散射系數S，使得截面有效尺寸一定的預浸料在激光束7照射下內部出現最佳的溫度梯度。

在不同方向設置多個激光輸出器6a，發射多束激光束7a投向預浸料的同一段，利用多束激光束7a在預浸料深處的累積效應來抵消單束激光束7的在預浸料內部的遞減溫度梯度，能夠使厚度更大的預浸料不同深度同步獲得最佳的固化溫度。

根據預浸料中增強纖維束和樹脂液的材質不同，能夠選擇不同波長的照射激光光源，以改變預浸料的吸收系數α和散射系數S，使得截面有效尺寸一定的預浸料在激光束7（或7a）照射下內部出現最佳的溫度梯度。