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连续碳纤维增强热塑性树脂基复合材料(CCFRTP)是一种综合性能好而且典型的轻量级材料,与金属(铁、铝合金或不锈钢)相比,它有着比较显著的特征和用途,例如:密度小,高的强度对质量比,耐腐蚀,抗疲劳性能好以及优异的尺寸稳定性,同时还可提高大型结构件移动的灵活性。目前关于CCFRTP的制备以及使用激光熔融将其连接成大型结构件的研究处于初期探索阶段,本文提出了一种新型结构的连续碳纤维(CF)和热塑性树脂(PA12)的混合材料,并对其制备过程中的静电吸附、管挤压技术相关工艺参数进行了研究,其次利用YLS-10000光纤激光器熔融CCFRTP表面的基体树脂层,对激光焊接工艺参数进行了探索。首先,采用碳纤维和热塑性工程塑料尼龙12(PA12)的树脂粉末作为模型,通过静电流化床的静电吸附作用,并利用正交实验设计方法系统的研究了粉末浸渍过程中碳纤维吸附树脂粉末量的相关因素及影响规律,由主及次分别为吸附时间、碳纤维种类、碳纤维剥离数、气流压力、静电压。当PA12树脂粉末粒径为70μm时,最佳P/F(碳纤维吸附的树脂粉末/碳纤维质量比率)工艺参数为吸附时间1 min,静电压30 kV,气流压力0.14MPa,碳纤维的剥离数为4束,碳纤维的种类是3 k。其次,采用单螺杆塑料挤出机在高压及高温的工作状态下输进树脂粉末,使其熔融、塑化后,将热塑性树脂作为管状结构包围在作为“轴”的连续碳纤维束外侧,最后在较低温度时挤出。管挤压实验的研究表明,PA12/CCF复合材料的碳纤维质量百分比可以根据PA12树脂涂层管厚度的增加而变化,并且可调整的范围是34%~71%。当碳纤维移动速度增加(大于16m/min)或者螺杆转速减小(小于80r/min),包裹碳纤维束的PA12树脂粉末量太少,所得样品外侧的树脂涂层就会不完整,并会在样品中发现一些明显的不完整缺陷,如碳纤维没有完全包裹在内等。为了使连续碳纤维外侧获得一定厚度的树脂粉末涂层管,应选择合适的碳纤维移动速度和螺杆转速。另外,通过对激光焊接过程中激光束光斑直径、焊接速度、激光功率等工艺参数熔融热塑性复合材料基体树脂影响规律的探索,成型一定厚度PA12/CCF塑料管的最佳焊接工艺参数为:机床滚轴转动的速度:13r/min;激光功率:150W;激光束光斑直径:4.9mm(+70离焦);激光移动速度:0.5mm/min。PA12/CCF材料表面树脂层熔融完全并且结合牢固,PA12/CCF塑料管外表面平滑、工整,壁厚均匀一致,成型质量高。将激光器出光的时间延长至2min,焊接得到的PA12/CCF塑料管长度由3.35cm增加至6.70cm。若要得到管壁厚度较大、外观不粗糙、成型质量较高且结合强度大的PA12/CCF塑料管,最多只能对其进行两道激光焊接。PA12/CCF样品材料柔软并可弯曲,而另一种碳纤维增强热塑性复合材料——连续碳纤维增强聚醚醚酮树脂复合材料(PEEK/CCF),厚度很薄(0.8mm),在单一方向拉伸强度大,但在垂直于连续碳纤维方向特别容易折断,材料脆性较大,因而无法利用激光熔融连接技术将其加工成复杂结构件。虽然碳纤维的加入使得PEEK材料的刚性、强度都有很大的改善,然而对PEEK/CCF复合材料进行激光透射扫描熔融其表面树脂基体后,焊后的PEEK/CCF材料与母材相比,其抗拉强度大幅度降低。