【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光微纳加工及表面改性，具体涉及一种飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法。
技术介绍
1、超疏水是指表面具有极低的水接触角，通常超过150°。这种特性使得水滴在其表面上几乎不黏附，像荷叶表面一样。超疏水表面广泛应用于防污、防水涂层、建筑材料、纺织品等领域。其实现方法包括使用微纳米结构或涂覆特定的疏水材料。碳纤维复合材料表面超疏水化通常通过在其表面应用特定的疏水涂层或者微纳米结构来实现。这种处理可以显著提高其防污性能和耐水性，使其在各种环境下都能保持清洁和干燥。在航空航天、汽车工业和建筑领域，超疏水的碳纤维复合材料被广泛应用，有助于延长材料的使用寿命并减少维护成本。
2、碳纤维复合材料表面的疏水性能，传统的方法通常是表面化学处理处理。化学处理常涉及使用有机硅或氟碳化合物来涂覆碳纤维复合材料表面，从而实现疏水效果。化学涂层可能因为碳纤维复合材料的化学相容性和基材的表面能差异而不太稳定，而且长时间暴露于恶劣环境中可能会老化、脱落。飞秒激光技术在制备碳纤维复合材料疏水性能方面具有多方面的优势，飞秒激光能够以极高的精度在材料表面形成微纳米级的结构，这些结构对于提升疏水性能至关重要。
3、现有的飞秒激光加工技术已经能够在碳纤维热固性树脂复合材料(cfrp)表面制造出具有一定超疏水性能的微纳结构，然而碳纤维热塑性树脂复合材料(cfrtp)在实际应用中由于其结构特点和热塑性基体的存在，使得传统飞秒激光制备超疏水表面的方法面临新的挑战。在热塑性树脂基体中，热扩散和材料行为的差异性会带来一些加工
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，通过优化飞秒激光加工参数和采用多步扫描策略，在加工过程中实现了对热累积的有效控制，实现了高均匀性、高精度和高粗糙度的微纳结构的制备，再结合低表面能材料的化学修饰，最终使碳纤维热塑性树脂复合材料具有稳定、耐久的超疏水表面。
2、为解决本专利技术所提出的技术问题，本专利技术提供一种飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，包括以下步骤：
3、1)对碳纤维热塑性树脂复合材料进行表面清洗，然后干燥；
4、2)利用飞秒激光直写技术，调控飞秒激光加工参数，在碳纤维热塑性树脂复合材料表面制造出具有乳突状的微纳矩阵结构；
5、3)对激光加工后的碳纤维热塑性树脂复合材料进行表面清洗，然后干燥；
6、4)使用硅烷的异丙醇溶液对激光加工后的碳纤维热塑性树脂复合材料进行浸泡，取出后干燥，得到最终的超疏水表面。
7、上述方案中，所述碳纤维热塑性树脂复合材料为碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(cf/peek)，其厚度为2～3mm，碳纤维质量含量为58～62％。
8、上述方案中，步骤1)中的表面清洗为先使用乙醇进行10～20min的超声波清洗，再用水进行10～20min的超声波清洗。
9、上述方案中，步骤1)中的干燥使用压缩空气吹干。
10、上述方案中，所述飞秒激光采用高频低功率飞秒脉冲激光器，中心波长为1035±10nm，脉冲宽度为135fs，重复频率为45±10mhz，光斑直径为10～20mm。
11、上述方案中，所述飞秒激光的加工功率为1～1.5w，扫描速度为500～2000mm/s，扫描间距为20～30μm。
12、上述方案中，所述飞秒激光采用两次交叉扫描，扫描时对加工表面吹喷冷却气体进行冷却，冷却气体为压缩空气，气体温度为20～22℃。
13、上述方案中，所述微纳矩阵结构中，单个矩形的边长为20～40μm，凹坑深度为10～20μm。
14、上述方案中，步骤3)中的表面清洗为先使用乙醇进行10～20min的超声波清洗，再用水进行10～20min的超声波清洗。
15、上述方案中，步骤3)中的干燥为自然干燥。
16、上述方案中，所述硅烷为1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧硅烷。
17、上述方案中，所述硅烷的异丙醇溶液中硅烷的质量分数为1～2％。
18、上述方案中，所述浸泡时间为4～5h。
19、上述方案中，步骤4)中的干燥为真空干燥，干燥温度为70～80℃，干燥时间为1～2h。
20、上述方案中，所述超疏水表面的接触角大于150°，粗糙度为1.0～2.5μm。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
22、1)本专利技术针对碳纤维热塑性树脂复合材料的特性，通过优化飞秒激光加工参数，重点包括功率、脉冲持续时间、扫描速度和扫描间距的精确调控，并采用多步扫描策略，在加工过程中实现了对热累积的有效控制，避免了因激光热作用导致的热塑性树脂基体软化、熔融以及碳纤维与基体界面的分层等问题，使材料在保持原有强度、韧性等力学性能的基础上，实现了高均匀性、高精度和高粗糙度的微纳结构的制备，这些精细且稳定的微纳结构显著提高了超疏水表面的接触角，使得水滴在表面上自由滚落，具备自清洁特性；在激光加工后，通过选择适合热塑性树脂基体的低表面能材料进行化学修饰，进一步提升表面的化学稳定性和超疏水性，最终形成的超疏水表面具有更高的稳定性和耐久性。
23、2)本专利技术成功将飞秒激光技术应用于碳纤维热塑性树脂复合材料，由于热塑性材料具有良好的可回收性和优异的力学性能，特别是在航空航天和汽车工业中应用广泛，本专利技术显著扩展了超疏水表面技术在新型复合材料上的应用前景，填补了现有技术在这方面的空白；飞秒激光的加工过程简单高效，自动化程度高，易于集成到工业生产线中，适合大规模生产，使得碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的制备具有更高的经济性和工业可行性；此外，飞秒激光加工过程不需要使用化学腐蚀剂，减少了对环境有害的化学物质的使用，符合绿色环保的理念。
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1.一种飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所述碳纤维热塑性树脂复合材料为碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
3.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所述碳纤维热塑性树脂复合材料的厚度为2～3mm，碳纤维质量含量为58～62％。
4.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所述飞秒激光的扫描速度为500～2000mm/s，扫描间距为20～30μm。
5.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所述飞秒激光采用两次交叉扫描，扫描时对加工表面吹喷冷却气体进行冷却，冷却气体为压缩空气，气体温度为20～22℃。
6.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所述微纳矩阵结构中，单个矩形的边长为20～40μm，凹坑深度为
7.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所述硅烷的异丙醇溶液中，硅烷为1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧硅烷，硅烷的质量分数为1～2％；所述浸泡时间为4～5h。
8.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，步骤1)和步骤3)中的表面清洗均为先使用乙醇进行10～20min的超声波清洗，再用水进行10～20min的超声波清洗。
9.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，步骤1)中的干燥使用压缩空气吹干；步骤3)中的干燥为自然干燥；步骤4)中的干燥为真空干燥，干燥温度为70～80℃，干燥时间为1～2h。
10.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所述超疏水表面的接触角大于150°，粗糙度为1.0～2.5μm。
...【技术特征摘要】
1.一种飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所述碳纤维热塑性树脂复合材料为碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
3.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所述碳纤维热塑性树脂复合材料的厚度为2～3mm，碳纤维质量含量为58～62％。
4.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所述飞秒激光的扫描速度为500～2000mm/s，扫描间距为20～30μm。
5.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所述飞秒激光采用两次交叉扫描，扫描时对加工表面吹喷冷却气体进行冷却，冷却气体为压缩空气，气体温度为20～22℃。
6.根据权利要求1所述的飞秒激光制备碳纤维热塑性树脂复合材料超疏水表面的方法，其特征在于，所...
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