【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高端光電裝備部激光智能制造技術(shù)研發(fā)中心楊上陸研究員團隊在碳纖維增強熱塑性復合材料激光輔助自動鋪帶(laser-assisted automatic tape placement ,LATP)技術(shù)研究中取得重要進展。團隊系統(tǒng)研究了鋪層方向與工藝參數(shù)之間的動態(tài)耦合機制，提出了基于鋪層角度的差異化工藝優(yōu)化方法，顯著提升了正交鋪層層合板的層間性能。相關(guān)成果以“Research on the dynamic coupling mechanism of layup directions and process parameters in CF/PAEK laser-assisted automated tape placement”為題，發(fā)表于Journal of Materials Research and Technology。
 

　　碳纖維增強熱塑性復合材料因其輕質(zhì)高強、可回收等優(yōu)勢，在航空航天、汽車等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。然而，在激光輔助自動鋪放過程中，鋪層方向?qū)す馍⑸?、缺陷形成及層間緊密結(jié)合具有顯著影響?，F(xiàn)有工藝優(yōu)化手段多源于靜態(tài)分析或單向鋪層的簡化假設(shè)，難以指導實際工程中多向?qū)雍习宓闹圃臁?br /> 

　　針對上述問題，該研究團隊通過設(shè)計正交試驗，結(jié)合紅外熱成像與高速攝像技術(shù)，系統(tǒng)揭示了正交鋪層與單向鋪層在表面波紋度、緊密接觸形成及激光散射行為方面的差異。研究發(fā)現(xiàn)，90°鋪層對激光功率更為敏感，激光散射更小，但易因表面波紋產(chǎn)生熱分解孔隙，同時交叉纖維導致層間緊密結(jié)合不良?；诖?，研究提出了針對正交鋪層的熱-力調(diào)控方法。實驗表明，優(yōu)化后的正交鋪層層合板層間剪切強度提升25.45%，孔隙率降低41.6%。本研究從動態(tài)角度揭示了鋪層方向?qū)ATP工藝的影響機制，并通過統(tǒng)計分析系統(tǒng)地量化這些差異，為復合材料構(gòu)件多角度層合板制造提供了理論依據(jù)與工藝優(yōu)化路徑，對提高高性能復合材料制造質(zhì)量具有重要意義。
 

　　相關(guān)工作得到了上海市啟明星項目(揚帆專項)等項目支持。
 

圖1 鋪層方向各因素影響大小餅狀圖：(a)正交鋪層；(b) 單向鋪層。
 

　　圖2 不同工藝優(yōu)化方法制備的正交層合板性能：(a) ILSS；(b) Ra和層間孔隙度。