[发明专利]一种树脂基复合材料表面激光预处理的方法及装置

说明书

本发明提供了一种树脂基复合材料表面激光预处理的方法及装置，涉及激光加工技术领域。本发明提供的树脂基复合材料表面激光预处理的方法，包括以下步骤：采用紫外激光对树脂基复合材料的表面进行激光扫描；所述紫外激光的波长为355nm。本发明采用紫外激光对树脂基复合材料的表面进行激光预处理(包括表面清洁、活化、粗化)，并限定紫外激光的波长为355nm，达到激光冷处理(温度不高于45℃)的目的，避免热聚集对树脂基复合材料的灼伤，具有预处理效率高、质量好、操作简单、环境无污染的优点。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种树脂基复合材料表面激光预处理的方法及装置。

背景技术

在“减重、提速、高可靠”的大背景下，树脂基复合材料在飞机、舰船、车辆等承载工具上大量使用，例如，波音737飞机蒙皮即为全碳纤维复合材料。树脂基复合材料在其制造连接、损伤修复清洁等场景中，需要对其表面进行预处理，树脂基复合材料表面预处理有别于金属表面预处理，传统化学、机械和喷砂等方法无法满足树脂基复合材料表面预处理需求，一方面，机械和化学溶剂处理树脂基复合材料难度大、毒性强、污染严重；另一方面处理效率低、耗时耗材、流程繁琐，极易造成严重的基体二次损伤问题，因此，必须发展更实用的优质、绿色、低成本的新型表面预处理技术。

激光表面处理技术是以光学系统将激光光束聚焦、整形后，扫描辐射待处理表面，可发挥光压力、冲击压力、振动波、等离子体爆发等多种效应的综合作用。对表面物理化学处理的激光加工技术，具有绿色环保、优质高效、无二次损伤、工艺简单、安全可靠、易于自动化和运维成本低等优点，是解决树脂基复合材料表面优质、高效、绿色预处理的理想技术手段。现有激光预处理常采用纳秒激光预处理方式，波长通常为1064nm，界面热聚集情况较为严重，界面瞬时温度可达70℃以上，树脂基复合材料常因激光热作用引起复合材料失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种树脂基复合材料表面激光预处理的方法及装置，本发明采用紫外激光光源能较好控制预处理界面热输出，能最大限度降低激光热作用对树脂基复合材料表面的劣化。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种树脂基复合材料表面激光预处理的方法，包括以下步骤：

采用紫外激光对树脂基复合材料的表面进行激光扫描；

所述紫外激光的波长为355nm。

优选地，所述紫外激光为紫外脉冲激光。

优选地，所述紫外脉冲激光的激光脉宽为10～20ns。

优选地，所述紫外脉冲激光的重复频率为40～300kHz。

优选地，所述激光扫描时紫外激光的光斑形状为方形或圆形。

优选地，当所述紫外激光的光斑形状为方形时，方形光斑的大小为3mm×3mm～6mm×6mm，扫描搭接率为1～3％；当所述紫外激光的光斑形状为圆形时，圆形光斑的直径为20～150μm，扫描搭接率为2～5％。

优选地，所述激光扫描的扫描速度为600～3000mm/s，扫描路径为S型。

优选地，所述树脂基复合材料为有机聚合物为基体的纤维增强材料。

本发明提供了上述技术方案所述方法采用的装置，包括依次设置的紫外激光器、光束调制系统、光纤耦合系统和激光预处理载物台；使用时，所述激光预处理载物台上放置树脂基复合材料；所述光纤耦合系统的输出端与树脂基复合材料的待处理表面相对设置。

优选地，还包括界面温度监测预警系统；所述界面温度监测预警系统的感温端头设置于所述树脂基复合材料的待处理表面。