缠绕成型激光固化制备复合材料属于一种复合材料制备方法。
背景技术：
以往的复合材料制备方法有多种，其中之一是缠绕成型加温固化法。
具体制备过程是先制造一个芯模，在其外侧缠绕一层或多层增强纤维预浸带，形成复合材料预浸料层，再经烘箱加温固化成型，制得复合材料。
缠绕成型加温固化法具有抗内压能力强、不易开裂、可设计性好和工艺较灵活等优点。
但存在制件形状和尺寸受烘箱容积限制、生产连续性较差、能量利用率低、易发生流胶和滴胶、生产效率低、自动化程度不高和成本较高等缺点。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种能够克服以往缠绕成型加温固化法的缺点，用激光固化取代烘箱等加温设备固化复合材料预浸料层的复合材料制备方法。
激光投射到材料上，会产生一定的光热转化效应，这种光热转化效应会带来材料表面和内部的温度升高效应。
在特定方向激光照射下，材料由表面到内部的温度变化取决于多种因素，包括投射深度χ、吸收系数α和散射系数S，如果入射激光能量密度为I0，则深度χ处得到的激光能量密度为：I=Ioexp(-(α+S)χ)。
越深处得到的激光光能越少，这种现象将导致激光照射方向上材料内部出现递减温度梯度，使厚度稍大的预浸料不同深度处难以同步获得所需的固化温度。
本发明的一个解决方案是设计激光输出器所输出激光光斑的形状，这样就能在芯模转速一定的情况下，通过增加激光输出器所输出激光光斑的长度和宽度，来增加预浸料层上任一点被激光照射的时间，从而增加了热扩散时间，实现预浸料层内部温度的均匀化。
本发明的第二个解决方案是在构成预浸料的树脂液中添加适当浓度的填料，以改变预浸料的吸收系数α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料层在激光照射下内部出现有利的温度梯度。
本发明的第三个解决方案是根据预浸料层中增强纤维束和树脂液的材质不同，选择不同波长的照射激光光源，以改变预浸料层的吸收系数α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料层在激光照射下内部出现有利的温度梯度。
由于本发明彻底摆脱了烘箱的限制，使缠绕成型技术制备大尺寸、低成本复合材料成为可能。
采用缠绕成型激光固化制备复合材料将获得以下有益效果：
首先，由于彻底取消了烘箱固化，缠绕成型激光固化制备复合材料理论上使芯模尺寸可以任意大，而无需担心烘箱的尺寸和大尺寸烘箱内部的温度均匀性问题。
其次，由于激光固化速度极快，往往从激光照射到固化完成只需1～3秒，避免了烘箱固化时由于升温速度缓慢导致的流胶、滴胶问题，产品质量更好。
第三，能量利用率极高，简化了生产流程，生产周期短，生产的自动化、智能化程度高，减少生产场地的占用和解放人力，生产成本低。
优化的是，本发明激光束的加热功率能够与芯模的回转速度实现按设计匹配，保证了复合材料固化所需的最佳温度。
优化的是，本发明能够通过增加激光输出器所输出激光光斑的长度和宽度，来增加预浸料层被激光照射的时间，从而增加了热扩散时间，实现预浸料内部温度的均匀化。
优化的是，本发明在构成预浸料层的树脂液中添加适当浓度的填料，以改变预浸料的吸收系数α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料层在激光照射下内部出现有利的温度梯度。
优化的是，本发明根据预浸料中增强纤维束和树脂液的材质不同，选择不同波长的照射激光光源，以改变预浸料的吸收系数α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料层在激光照射下内部出现有利的温度梯度。
优化的是，本发明的芯模能够采用低热导率材料，减少向芯模传热造成的预浸料层的热损失，以减小激光照射下预浸料层内部的温度梯度，提高固化质量。
优化的是，本发明的芯模能够采用低热容材料，减少芯模升温吸热造成的预浸料层的热损失，以减小激光照射下预浸料层内部的温度梯度，提高固化质量。
优化的是，本发明的芯模能够采用非回转体，这种情况下，能够通过计算机控制下的芯模变速回转，实现照射到预浸料层的激光能量密度的均匀一致。
优化的是，本发明的芯模采用非回转体时，芯模不动，能够通过机械手操控激光输出器，使激光束对预浸料层进行匀速扫描，实现照射到预浸料层的激光能量密度的均匀一致。
优化的是，本发明的芯模采用非回转体时，能够在芯模匀速回转的情况下，通过计算机控制下的激光输出器变功率激光输出，实现照射到预浸料层的激光能量密度的均匀一致。
优化的是，本发明的激光输出器能够带有振镜，使得输出激光束带宽大幅度增加，从而大幅度提高加工效率。
附图说明
附图1是本发明的实施过程示意图，1是芯模，2是预浸料层，3是激光输出器，4是激光束，5是激光输出器进给方向，6是芯模回转方向，L是激光束的扫描带宽。
利用缠绕设备获得缠绕于芯模1上的预浸料层2，调整激光输出器3至起始位置，启动激光输出器3使之输出激光束4，同时使芯模按着方向6回转，同时使激光输出器3按着进给方向5以芯模每回转一周约一个扫描带宽L的速度进给，激光束4扫描经过全部预浸料层2后，激光固化加工过程完成。
本发明激光束4的加热功率能够与芯模1的回转速度按设计匹配，保证预浸料层2固化所需的最佳温度。
本发明能够通过增加激光输出器3所输出激光光斑的长度和宽度，来增加预浸料层2上任意一点被激光照射的时间，从而增加了热扩散时间，实现预浸料层2内部固化温度的均匀化。
本发明在构成预浸料的树脂液中添加适当浓度的填料，以改变预浸料的吸收系数α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料层2在激光束4的照射下内部出现最佳的温度梯度。
本发明根据预浸料中增强纤维束和树脂液的材质不同，选择不同波长的照射激光光源，以改变预浸料的吸收系数α和散射系数S，使得截面有效尺寸一定的预浸料层2在激光束4的照射下内部出现最佳的温度梯度。
本发明的芯模1能够采用低热导率材料，减少向芯模1传热造成的预浸料层2的热损失，以减小激光束4的照射下预浸料层2内部的温度梯度，提高固化质量。
本发明的芯模1能够采用低热容材料，减少芯模1升温吸热造成的预浸料层2的热损失，以减小激光束4的照射下预浸料层2内部的温度梯度，提高固化质量。
本发明的芯模1能够采用非回转体，这种情况下，能够通过计算机控制下的芯模1变速回转，实现照射到预浸料层2的激光能量密度的均匀一致。
本发明的芯模1采用非回转体时，固化过程中芯模1不动，能够通过机械手操控激光输出器3，使激光束4对预浸料层2进行匀速扫描，实现照射到预浸料层2的激光能量密度的均匀一致。
本发明的芯模1采用非回转体时，能够在芯模1匀速回转的情况下，通过计算机控制下的激光输出器3变功率激光输出，实现照射到预浸料层2的激光能量密度的均匀一致。
本发明的激光输出器3能够带有振镜，使得输出激光束4的扫描带宽L大幅度增加，从而大幅度提高加工效率。