[发明专利]激光辐照引导纤维涂覆前驱体涂层的装备和方法

权利要求书

1.一种激光辐照引导纤维涂覆前驱体涂层的装备，其特征在于：包括纤维脱浆装置、纤维扩束装置和激光辐照装置；所述纤维脱浆装置具有离心转筒和挡浆机壳，在挡浆机壳内部中央位置固定离心转筒；所述纤维扩束装置具有扩束筒和纤维收集筒，且在同一水平面上平行间距设置扩束筒和纤维收集筒；

所述激光辐照装置包括激光发生器(1)、光源分束机构(2)、光导纤维(3)、第一光束调整机构(6)、第二光束调整机构(7)和密闭室(11)；

其中密闭室(11)顶部开设进气口(4)，在密闭室底部开设出气口(5)，所述进气口(4)和出气口(5)成对角线设置并通入冷却惰性保护气体，密闭室(11)内部中央区域同一水平面上平行间距设置第一传送滚筒(8)和第二传送滚筒(9)；所述第一传送滚筒(8)和第二传送滚筒(9)上卷绕待辐照纤维(10)，在密闭室内部待辐照纤维(10)的上方和下方分别等距离设置第一光束调整机构(6)和第二光束调整机构(7)；

所述激光发生器(1)向光源分束机构(2)发送激光，该光源分束机构(2)通过光导纤维(3)分别向第一光束调整机构(6)和第二光束调整机构(7)传送相同能量激光。

2.如权利要求1所述的激光辐照引导纤维涂覆前驱体涂层的装备，其特征在于：所述冷却惰性保护气体为氮气、二氧化碳、氨气或者氩气，其冷却温度为15℃-50℃。

3.如权利要求1所述的激光辐照引导纤维涂覆前驱体涂层的装备，其特征在于：所述待辐照纤维(10)为碳纤维、碳化硅纤维或者氧化铝纤维。

4.如权利要求1所述的激光辐照引导纤维涂覆前驱体涂层的装备，其特征在于：所述激光输出波长范围是355nm-10.6um，输出功率范围是10W-70W，能量密度范围是1J/cm²-50J/cm²,其光斑为圆形、矩形或者线形分布。

5.一种激光辐照引导纤维涂覆前驱体涂层的方法，其特征在于：包括如下步骤，

纤维浸渍：将一股如权利要求3所述的纤维浸渍到配比好的前驱体溶液或者前驱体凝胶中，使得纤维表面完全覆盖前驱体溶液或者前驱体凝胶；

纤维脱浆：把浸渍完毕的纤维均匀环绕在如权利要求1所述的纤维脱浆装置的离心转筒上，启动如权利要求1所述的纤维脱浆装置，调节离心转速，让粘连在纤维之间的前驱体溶液或者前驱体凝胶脱离出去；

纤维扩束：将脱浆完毕的圆股纤维导入到如权利要求1所述的纤维扩束装置的扩束筒上，使得圆股纤维排布方式扩展成单层纤维片状排布卷绕到如权利要求1所述的纤维收集筒上，其中单片排布的宽度为D；

激光参数选择：依据前驱体溶液或者前驱体凝胶的配比成分W及其反应温度T，纤维扩束后的宽度D及其耐温性，选择激光的输出波长λ，输出功率P，光斑面积S，确定能量密度X；

激光辐照：向密闭室内充入如权利要求1或2所述的冷却惰性保护气体，输入激光参数启动如权利要求1所述的激光发生器，利用如权利要求1所述的第一光束调整机构和第二光束调整机构分别从上下两个垂直射入角度，对卷绕在正向转动传送滚筒上的单层纤维激光辐照固化形成涂层；

涂层退火：单层纤维的涂层激光辐照完毕后，关闭激光发生器，持续通入冷却惰性保护气体，传送滚筒反向转动让冷却惰性保护气体带走纤维涂层温度，完成涂层退火固化。

6.如权利要求5所述的激光辐照引导纤维涂覆前驱体涂层的方法，其特征在于：所述脱浆离心转速为60r/min-1500r/min。

7.如权利要求5所述的激光辐照引导纤维涂覆前驱体涂层的方法，其特征在于：所述单片排布的宽度为2cm-60cm。

8.如权利要求5所述的激光辐照引导纤维涂覆前驱体涂层的方法，其特征在于：所述传送滚筒转速1cm/min-200cm/min。