一种碳纤维增强塑料‑热塑性塑料激光热熔焊技术制造技术

本发明专利技术提供一种碳纤维增强塑料‑热塑性塑料激光热熔焊技术，将先对碳纤维增强塑料进行激光表面预处理，获得均匀的网状结构，然后便进行激光焊接工序，将碳纤维增强塑料和热塑性塑料重叠排放，并用压力固定位置，并且对热塑性塑料与预处理热塑性塑料进行定位激光焊合。本发明专利技术提供上述方法克服了现有碳纤维增强塑料‑热塑性塑料连接技术存在工艺性较差的技术缺陷，实现了在碳纤维增强塑料进行预处理之后无须使用额外的黏合剂，无需后续清理的技术效果，并且获得的焊缝力学性能优良，焊接效率高，降低了制造成本。

A carbon fiber reinforced plastic laser thermal fusion welding technology thermoplastic plastics

The present invention provides a carbon fiber reinforced plastic laser thermal fusion welding technology of thermoplastic plastic, will be the first carbon fiber reinforced plastics for laser surface pretreatment, to obtain a uniform mesh, then the laser welding process, plastics and thermoplastic overlapping emissions will be reinforced with carbon fiber, and the pressure fixed position and, for thermoplastics and pretreatment of thermoplastic positioning laser welding. The present invention provides the method overcomes the technical defects of carbon fiber reinforced plastic thermoplastic connection technology process is poor, realized after pretreatment of carbon fiber reinforced plastics without the use of additional adhesive, no technical effect needs cleanup, and obtained excellent mechanical properties, high welding efficiency. The manufacturing cost is reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强塑料-热塑性塑料激光热熔焊技术
本专利技术涉及高分子复合材料加工领域，具体涉及一种碳纤维增强塑料-热塑性塑料激光热熔焊技术。
技术介绍
随着科技的发展、时代的进步，激光已经从一个遥不可及的高科技产品慢慢步入人们的生活当中。激光的应用非常广泛，如用于科技，医学，工业，通信等领域。我们熟知的有:光纤通信、激光光谱、激光切割、激光焊接、激光裁床、激光打标、激光绣花、激光测距,激光雷达、激光武器、激光唱片、镭射美容、镭射扫锚等等。高分子材料具有密度小、强度高及耐蚀性好等优点，在工业中的应用日益广泛。对于结构复杂的塑料制品不能通过一次挤压成型，需通过连接技术将各部件连接起来。与传统连接方法(振动摩擦焊接和热板焊接)相比，激光焊接具有速度快，表面成型质量好等优点，在高端制造产业备受青睐。多材质连接的实例在汽车内饰制造领域更为常见，高端热硬化碳纤维增强塑料元件得到频繁使用。碳纤维增强塑料是碳纤维与各种树脂复合而成的高级复合材料，碳纤维增强塑料往往与低成本热塑性塑料元件相结合，从而节约生产成本。热固性树脂因其大分子的交叉耦合结构，而不具可熔性，因此只有碳纤维增强塑料与热塑性塑料才能够焊接在一起。热塑性塑料和碳纤维增强塑料的熔点温度差异较大，这也会阻止其产生紧密结合。目前，多材质连接，尤其是碳纤维增强塑料与热塑性塑料的连接往往通过粘合或者机械连接（例如，铆接）来实现。然而，现有的连接技术工艺存在缺陷性，例如，需要清洁的长时间加工、使用黏合剂及额外黏结介质等，或者连接元件所增加的额外重量。因此，将激光焊接技术运用到碳纤维增强塑料与热塑性塑料，实现碳纤维增强塑料与热塑性塑料有效连接，推动相关多材质连接技术发展研究意义重大。
技术实现思路
针对现有技术中碳纤维增强塑料与热塑性塑料连接技术存在长时间清洁、使用黏合剂等工艺缺陷，本专利技术提出一种碳纤维增强塑料-热塑性塑料激光热熔焊技术，先对碳纤维增强塑料进行激光表面预处理，获得均匀的网状结构，然后便进行激光焊接工序，将碳纤维增强塑料和热塑性塑料交叠排列，并用压力固定位置，再经过激光焊接得到产品。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种碳纤维增强塑料-热塑性塑料激光热熔焊技术，具体方法如下：（1）采用激光打孔工艺在碳纤维增强塑料待焊合面上制备预设尺寸的网状结构，得到的网状结构碳纤维增强塑料；（2）将步骤（1）得到的待焊合面与所述热塑性塑料待焊合面贴合形成贴合面；（3）采用两阶等静压力，将所述贴合面压实，在施加压力的同时，采用激光焊接技术，对所述贴合面进行焊合；（4）缓慢冷却到室温获得焊接产品。优选的，所述激光打孔工艺中所用激光功率为100-3000W/cm2。优选的，所述激光器为半导体激光器或气体激光器。优选的，所述网状结构中网孔区总面积与所述待焊合面面积比例为1:3-20，网孔均匀分布在所述待焊合面上。优选的，所述网孔形状为圆形、三角形、四边形、五边形中的一种。优选的，在步骤（3）中，采用的两阶等静压力具体为：第一阶压力为2-6MPa，第二阶压力为4-8MPa。优选的，在步骤（3）中所述激光焊接功率为1000-3000W/cm2，焊接时间为0.2-3分钟。优选的，在步骤（4）中缓慢冷却速度小于1℃/h。本专利技术提供一种碳纤维增强塑料-热塑性塑料激光热熔焊技术，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、本专利技术提供的一种碳纤维增强塑料-热塑性塑料激光热熔焊技术，将先对碳纤维增强塑料进行激光表面预处理，获得均匀的网状结构，然后便进行激光焊接工序，将碳纤维增强塑料和热塑性塑料重叠排放，并用压力固定位置，使得热塑性塑料与预处理热塑性塑料定位激光焊合，克服了现有连接技术工艺性较差的技术缺陷，在碳纤维增强塑料进行预处理之后无须使用额外的黏合剂，无需后续清理，并且不会额外增加连接元件重量。2、本专利技术公开的方案碳纤维增强塑料待焊合面网孔分布均匀，通过对结合面接头施加压力并进行热熔焊接，热塑性塑料融化填入纤维增强塑料经激光预处理的网孔之中，与碳纤维增强塑料之间能进行有效扩散熔合，连接接头密封性好，连接接头强度性能显著高于通过粘合或其他机械连接获得的连接体的强度，产品使用稳定性得到有效提高。3、本方案公开的多材质连接技术方法简单，提高了焊接效率，降低了制造成本。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本专利技术的范围内。实施例1（1）选取尺寸为30*30*30cm的碳纤维增强塑料与尺寸为20*30*30cm的热塑性塑料，将碳纤维增强塑料与热塑性塑料待焊合面进行打磨清洗，获得洁净光滑的待焊合表面。接着，采用激光打孔工艺在碳纤维增强塑料待焊合面上进行预处理。本申请中的激光打孔工艺采用的激光器可以为砷化镓激光器、硫化镉激光器、磷化铟激光器、硫化锌激光器等半导体激光器件，或者为氦-氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器、氦-镉激光器和铜蒸气激光器，在本实施例中的激光打孔工艺优选用砷化镓激光器，调解激光功率为100W/cm2，在碳纤维增强塑料待焊合面上制网状结构，网状结构由均匀分布在待焊合面上的备尺寸为50mm2的圆形网孔构成，圆形网孔区总面积与待焊合面面积比例为1:20，得到具有网状结构待焊合面的碳纤维增强塑料；（2）将步骤（1）得到的待焊合面与所述热塑性塑料待焊合面贴合形成贴合面；（3）采用两阶等静压力，第一阶压力为2MPa，第二阶压力为8MPa，将所述贴合面压实，在施加压力的同时，采用激光焊接技术，设置激光功率为1000W，焊接时间为0.2分钟，对所述贴合面进行焊合；（4）卸除第一阶等静压力1分钟后，卸除第二阶等静压力，在冷却速度小于1℃/h条件下，缓慢冷却到室温获得焊接产品。对实施例中制备获得焊接产品焊接接头进行力学性能测试，拉伸剪切强度为20.10MPa，断裂位置位于焊缝处母材。实施例2（1）选取尺寸为10*10*10cm的碳纤维增强塑料与尺寸为20*30*30cm的热塑性塑料，将碳纤维增强塑料与热塑性塑料待焊合面进行打磨清洗，获得洁净光滑的待焊合表面。接着，采用激光打孔工艺在碳纤维增强塑料待焊合面上进行预处理。本申请中的激光打孔工艺采用的激光器可以为砷化镓激光器、硫化镉激光器、磷化铟激光器、硫化锌激光器等半导体激光器件，或者为氦-氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器、氦-镉激光器和铜蒸气激光器，在本实施例中的激光打孔工艺优选用氦-氖激光器，调解激光功率为3000W/cm2，在碳纤维增强塑料待焊合面上制网状结构，网状结构由均匀分布在待焊合面上的备尺寸为100mm2的方形网孔构成，方形网孔区总面积与待焊合面面积比例为1:15，得到具有网状结构待焊合面的碳纤维增强塑料；（2）将步骤（1）得到的待焊合面与所述热塑性塑料待焊合面贴合形成贴合面；（3）采用两阶等静压力，第一阶压力为3MPa，第二阶压力为8MPa，将所述贴合面压实，在施加压力的同时，采用激光焊接技术，设置激光功率为2000W，焊接时间为0.2分钟，对所述贴合面进行焊合；（4）卸除第一阶等静压力5分钟后，卸除第二阶等静压力，在冷却速度小于1℃/h条件下，缓慢冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维增强塑料‑热塑性塑料激光热熔焊技术，其特征在于，具体方法如下：（1）采用激光打孔工艺在碳纤维增强塑料待焊合面上制备一预设尺寸的网孔构成的的网状结构，得到具有网状结构待焊合面的碳纤维增强塑料；（2）将步骤（1）得到的碳纤维增强塑料网状结构待焊合面与所述热塑性塑料待焊合面贴合形成贴合面；（3）采用两阶等静压力，将所述贴合面压实，在施加压力的同时，采用激光焊接技术，对所述贴合面进行焊合；（4）卸除所述两阶等静压力，缓慢冷却到室温获得焊接产品。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强塑料-热塑性塑料激光热熔焊技术，其特征在于，具体方法如下：（1）采用激光打孔工艺在碳纤维增强塑料待焊合面上制备一预设尺寸的网孔构成的的网状结构，得到具有网状结构待焊合面的碳纤维增强塑料；（2）将步骤（1）得到的碳纤维增强塑料网状结构待焊合面与所述热塑性塑料待焊合面贴合形成贴合面；（3）采用两阶等静压力，将所述贴合面压实，在施加压力的同时，采用激光焊接技术，对所述贴合面进行焊合；（4）卸除所述两阶等静压力，缓慢冷却到室温获得焊接产品。2.根据权利要求1所述一种碳纤维增强塑料-热塑性塑料激光热熔焊技术，其特征在于：所述激光打孔工艺中所用激光功率为100-3000W/cm2。3.根据权利要求1所述一种碳纤维增强塑料-热塑性塑料激光热熔焊技术，其特征在于：所述激光器为半导体激光器或气体激光器。4.根据权利要求1所述一种碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，司文彬，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51