使用選擇性燒結(jié)成型碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及使用選擇性燒結(jié)成型碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物基碳纖維復(fù)合材料是以有聚合物為基體，連續(xù)碳纖維為增強(qiáng)材料組合而成的。聚合物基體材料雖然強(qiáng)度低，但由于其粘結(jié)性能好，能把纖維牢固地粘結(jié)起來(lái)，同時(shí)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(qiáng)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(jié)合充分展示各自的優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、具有許多優(yōu)良特性。
[0003]現(xiàn)階段聚合物基碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的成型工藝主要包含兩方面，一是成型，即將預(yù)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(yù)浸料，在溫度、時(shí)間和壓力等因素影響下使形狀固定下來(lái)，并能達(dá)到預(yù)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(shù)脂注射和樹(shù)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(shí)必須脫出氣泡，并對(duì)纖維進(jìn)行浸潤(rùn)。其基本流程為將碳纖維進(jìn)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(jìn)劑等添加劑，通過(guò)噴槍將其噴射于預(yù)制好的碳纖維上，后經(jīng)過(guò)固化后脫模成型。
[0005]以往的聚合物基碳纖維復(fù)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(guò)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(guò)加熱、加壓等方法對(duì)材料進(jìn)行固化，之后脫模得到所需的工件。這種方式存在三個(gè)問(wèn)題:1、對(duì)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(dòng)性；手糊方式需要聚合物揮發(fā)性較低、同時(shí)熔融溫度不能過(guò)高；這些都制約了聚合物基碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用。2、由于是通過(guò)模具成型，因此無(wú)法制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，如中部鏤空的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、機(jī)翼等；3、工藝過(guò)程復(fù)雜，需要對(duì)聚合物進(jìn)行加熱熔融，復(fù)合后還需進(jìn)行固化、脫模等步驟，再此期間任何工藝上的缺陷都將導(dǎo)致制作出的工件有瑕疵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問(wèn)題，提供一種使用選擇性燒結(jié)成型碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的方法，本發(fā)明操作方法簡(jiǎn)單，材料選擇性光，并且便于制造復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]使用選擇性燒結(jié)成型碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的方法，包括以下步驟:
[0009]步驟I)將預(yù)編織成型的碳纖維層鋪設(shè)在工作臺(tái)面上；
[0010]步驟2)通過(guò)輥輪鋪料機(jī)構(gòu)將聚合物粉末均勻鋪設(shè)在碳纖維層表面；
[0011 ] 步驟3)通過(guò)激光燒結(jié)設(shè)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(jié)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(fù)合體；
[0013]步驟5)在碳纖維復(fù)合體表面繼續(xù)鋪設(shè)步驟I中預(yù)編織成型的碳纖維層，然后重復(fù)步驟2和步驟3，冷卻后得到雙層碳纖維復(fù)合體；
[0014]步驟6)重復(fù)步驟5直至達(dá)到工件尺寸，得到成品。
[0015]進(jìn)一步的，所述聚合物為塑性聚合物。
[0016]進(jìn)一步的，所述步驟4與步驟5之間還通過(guò)輥輪鋪料機(jī)構(gòu)將碳纖維復(fù)合體表面壓平。
[0017]進(jìn)一步的，所述步驟5中激光燒結(jié)設(shè)備將聚合物粉末和固態(tài)聚合物層熔融。
[0018]進(jìn)一步的，所述步驟4得到碳纖維復(fù)合體后工作臺(tái)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(guò)選擇激光燒結(jié)的方式對(duì)聚合物進(jìn)行熔融，之后逐層固化的方式可以加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)；
[0022]3、制作過(guò)程無(wú)需模具，省去了脫模等繁瑣的工序。
[0023]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如后。本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】由以下實(shí)施例給出。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025]使用選擇性燒結(jié)成型碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的方法，包括以下步驟:
[0026]步驟I)將預(yù)編織成型的碳纖維層鋪設(shè)在工作臺(tái)面上；
[0027]步驟2)通過(guò)輥輪鋪料機(jī)構(gòu)將聚合物粉末均勻鋪設(shè)在碳纖維層表面；
[0028]步驟3)通過(guò)激光燒結(jié)設(shè)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(jié)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(fù)合體；
[0030]步驟5)在碳纖維復(fù)合體表面繼續(xù)鋪設(shè)步驟I中預(yù)編織成型的碳纖維層，然后重復(fù)步驟2和步驟3，冷卻后得到雙層碳纖維復(fù)合體；
[0031]步驟6)重復(fù)步驟5直至達(dá)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(fù)熔融，便于相鄰復(fù)合體之間的融合。步驟4與步驟5之間還通過(guò)輥輪鋪料機(jī)構(gòu)將碳纖維復(fù)合體表面壓平，提高平整度，利于提高制備質(zhì)量，減少瑕疵。
[0033]步驟5中激光燒結(jié)設(shè)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(fù)合體之間的牢固度。
[0034]步驟4得到碳纖維復(fù)合體后工作臺(tái)面下降0.5至1mm，預(yù)留出操作空間，以便于下一層結(jié)構(gòu)的打印。
[0035]使用選擇性激光燒結(jié)設(shè)備，使用大功率激光為熱源，通過(guò)振鏡調(diào)節(jié)激光在工作面的位置，整個(gè)過(guò)程由程序控制完成，操作極為簡(jiǎn)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(yù)編織成型的碳纖維結(jié)合，冷卻后形成碳纖維復(fù)合體。當(dāng)一個(gè)工作面完成后平臺(tái)下降重復(fù)步驟制作第二個(gè)平面，以此重復(fù)完成整個(gè)工件。其大大縮短了制造時(shí)間，并且出錯(cuò)率低，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0036]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)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(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.使用選擇性燒結(jié)成型碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟I)將預(yù)編織成型的碳纖維層鋪設(shè)在工作臺(tái)面上； 步驟2)通過(guò)輥輪鋪料機(jī)構(gòu)將聚合物粉末均勻鋪設(shè)在碳纖維層表面； 步驟3)通過(guò)激光燒結(jié)設(shè)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(jié)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(fù)合體； 步驟5)在碳纖維復(fù)合體表面繼續(xù)鋪設(shè)步驟I中預(yù)編織成型的碳纖維層，然后重復(fù)步驟2和步驟3，冷卻后得到雙層碳纖維復(fù)合體； 步驟6)重復(fù)步驟5直至達(dá)到工件尺寸，得到成品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用選擇性燒結(jié)成型碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)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(quán)利要求1所述的使用選擇性燒結(jié)成型碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)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(guò)輥輪鋪料機(jī)構(gòu)將碳纖維復(fù)合體表面壓平。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用選擇性燒結(jié)成型碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的方法，其特征在于:所述步驟5中激光燒結(jié)設(shè)備將聚合物粉末和固態(tài)聚合物層熔融。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用選擇性燒結(jié)成型碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的方法，其特征在于:所述步驟4得到碳纖維復(fù)合體后工作臺(tái)面下降0.5至1mm。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了使用選擇性燒結(jié)成型碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：步驟1)將預(yù)編織成型的碳纖維層鋪設(shè)在工作臺(tái)面上；步驟2)通過(guò)輥輪鋪料機(jī)構(gòu)將聚合物粉末均勻鋪設(shè)在碳纖維層表面；步驟3)通過(guò)激光燒結(jié)設(shè)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(jié)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(fù)合體；步驟5)在碳纖維復(fù)合體表面繼續(xù)鋪設(shè)步驟1中預(yù)編織成型的碳纖維層，然后重復(fù)步驟2和步驟3，冷卻后得到雙層碳纖維復(fù)合體；步驟6)重復(fù)步驟5直至達(dá)到工件尺寸，得到成品。本發(fā)明操作方法簡(jiǎn)單，材料選擇性光，并且便于制造復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)。
【IPC分類(lèi)】B32B37/02, B32B37/04
【公開(kāi)號(hào)】CN104943323
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510224487
【發(fā)明人】郭池, 徐軍, 梁園
【申請(qǐng)人】蘇州秉創(chuàng)科技有限公司, 西安交通大學(xué)蘇州研究院
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年5月6日