[發明專利]一種碳纖維增強塑料?熱塑性塑料激光熱熔焊技術

在審

• 申請號: 201710694885.3
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107498881A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂;司文彬
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: B29C65/16
• 分類號: B29C65/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及高分子復合材料加工領域，具體涉及一種碳纖維增強塑料-熱塑性塑料激光熱熔焊技術。

背景技術

隨著科技的發展、時代的進步，激光已經從一個遙不可及的高科技產品慢慢步入人們的生活當中。激光的應用非常廣泛，如用于科技，醫學，工業，通信等領域。我們熟知的有:光纖通信、激光光譜、激光切割、激光焊接、激光裁床、激光打標、激光繡花、激光測距,激光雷達、激光武器、激光唱片、鐳射美容、鐳射掃錨等等。高分子材料具有密度小、強度高及耐蝕性好等優點，在工業中的應用日益廣泛。對于結構復雜的塑料制品不能通過一次擠壓成型，需通過連接技術將各部件連接起來。與傳統連接方法(振動摩擦焊接和熱板焊接)相比，激光焊接具有速度快，表面成型質量好等優點，在高端制造產業備受青睞。

多材質連接的實例在汽車內飾制造領域更為常見，高端熱硬化碳纖維增強塑料元件得到頻繁使用。碳纖維增強塑料是碳纖維與各種樹脂復合而成的高級復合材料，碳纖維增強塑料往往與低成本熱塑性塑料元件相結合，從而節約生產成本。熱固性樹脂因其大分子的交叉耦合結構，而不具可熔性，因此只有碳纖維增強塑料與熱塑性塑料才能夠焊接在一起。熱塑性塑料和碳纖維增強塑料的熔點溫度差異較大，這也會阻止其產生緊密結合。目前，多材質連接，尤其是碳纖維增強塑料與熱塑性塑料的連接往往通過粘合或者機械連接（例如，鉚接）來實現。然而，現有的連接技術工藝存在缺陷性，例如，需要清潔的長時間加工、使用黏合劑及額外黏結介質等，或者連接元件所增加的額外重量。

因此，將激光焊接技術運用到碳纖維增強塑料與熱塑性塑料，實現碳纖維增強塑料與熱塑性塑料有效連接，推動相關多材質連接技術發展研究意義重大。

發明內容

針對現有技術中碳纖維增強塑料與熱塑性塑料連接技術存在長時間清潔、使用黏合劑等工藝缺陷，本發明提出一種碳纖維增強塑料-熱塑性塑料激光熱熔焊技術，先對碳纖維增強塑料進行激光表面預處理，獲得均勻的網狀結構，然后便進行激光焊接工序，將碳纖維增強塑料和熱塑性塑料交疊排列，并用壓力固定位置，再經過激光焊接得到產品。

為解決上述問題，本發明采用以下技術方案：

一種碳纖維增強塑料-熱塑性塑料激光熱熔焊技術，具體方法如下：

（1）采用激光打孔工藝在碳纖維增強塑料待焊合面上制備預設尺寸的網狀結構，得到的網狀結構碳纖維增強塑料；

（2）將步驟（1）得到的待焊合面與所述熱塑性塑料待焊合面貼合形成貼合面；

（3）采用兩階等靜壓力，將所述貼合面壓實，在施加壓力的同時，采用激光焊接技術，對所述貼合面進行焊合；

（4）緩慢冷卻到室溫獲得焊接產品。

優選的，所述激光打孔工藝中所用激光功率為100-3000W/cm²。

優選的，所述激光器為半導體激光器或氣體激光器。

優選的，所述網狀結構中網孔區總面積與所述待焊合面面積比例為1:3-20，網孔均勻分布在所述待焊合面上。

優選的，所述網孔形狀為圓形、三角形、四邊形、五邊形中的一種。

優選的，在步驟（3）中，采用的兩階等靜壓力具體為：第一階壓力為2-6MPa，第二階壓力為4-8MPa。

優選的，在步驟（3）中所述激光焊接功率為1000-3000W/cm²，焊接時間為0.2-3分鐘。

優選的，在步驟（4）中緩慢冷卻速度小于1℃/h。

本發明提供一種碳纖維增強塑料-熱塑性塑料激光熱熔焊技術，與現有技術相比，其突出的特點和優異的效果在于：

1、本發明提供的一種碳纖維增強塑料-熱塑性塑料激光熱熔焊技術，將先對碳纖維增強塑料進行激光表面預處理，獲得均勻的網狀結構，然后便進行激光焊接工序，將碳纖維增強塑料和熱塑性塑料重疊排放，并用壓力固定位置，使得熱塑性塑料與預處理熱塑性塑料定位激光焊合，克服了現有連接技術工藝性較差的技術缺陷，在碳纖維增強塑料進行預處理之后無須使用額外的黏合劑，無需后續清理，并且不會額外增加連接元件重量。

2、本發明公開的方案碳纖維增強塑料待焊合面網孔分布均勻，通過對結合面接頭施加壓力并進行熱熔焊接，熱塑性塑料融化填入纖維增強塑料經激光預處理的網孔之中，與碳纖維增強塑料之間能進行有效擴散熔合，連接接頭密封性好，連接接頭強度性能顯著高于通過粘合或其他機械連接獲得的連接體的強度，產品使用穩定性得到有效提高。

3、本方案公開的多材質連接技術方法簡單，提高了焊接效率，降低了制造成本。

具體實施方式