[發明專利]一種表面編織的金屬材料與FRP復合材料一體化連接方法

有效

• 申請號: 202110717581.0
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113561497B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 周利;劉煜純;王蘋;梁濤;宋曉國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B29C65/18
• 分類號: B29C65/18;B23K11/00;B29L9/00
• 代理公司: 威海恒譽潤達專利代理事務所(普通合伙) 37260
• 代理人: 戚笑頤

本發明提供了一種表面編織的金屬材料與FRP復合材料一體化連接方法，其解決了金屬與纖維增強材料連接時，界面結合強度低，抗拉載荷小的技術問題。其采用金屬網?纖維網?金屬板材相互交錯重疊的形式，并通過滾壓和電阻焊的方式，將金屬網結點焊接于金屬板材上，形成金屬網與纖維網相互交織的結構，再過加熱和滾壓的方式將FRP板材與金屬板材實現緊密結合。本發明可廣泛應用于焊接技術領域。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，更具體地說，是涉及一種表面編織的金屬材料與FRP復合材料一體化連接方法。

背景技術

隨著材料工業的進步與連接技術的發展，結構輕量化概念逐漸得到了普及，采用輕質輕量化的材料替代傳統鋁、鋼等金屬材料是實現結構輕量化的一種重要方法。其中，聚合物及其纖維增強材料(FRP)具有密度小、比強度高、耐腐蝕、耐熱性好等優異性能，在航空航天、軌道交通、車輛工程等領域具有廣泛的應用背景。采用金屬/FRP復合結構有利于兼顧金屬材料優異的韌性以及FRP輕質高強的優勢，在滿足結構承載要求的基礎上實現“結構輕量化”的目標。但由于金屬材料與FRP復合材料性質的差異，使得二者之間難以形成穩定、高強度的分子鍵合，目前工業中主要采用膠結、機械連接等方法對金屬材料與FRP進行連接，如：鉚接、螺栓連接等。但二者均存在一定的問題，如：膠接的固化時間長，膠層易受環境溫濕度影響；鉚接和螺栓連接等方法需對FRP板材預制孔洞，一方面破壞FRP復合材料內部纖維的連續性，另一方面在一定載荷下螺栓連接處容易產生應力集中，繼而間接影響接頭的使用壽命。目前也有學者提出使用焊接技術對金屬材料和FRP復合材料進行連接，包括電阻焊、激光焊、攪拌摩擦焊等，其原理在于使金屬與FRP材料界面處形成宏觀、微觀機械互鎖結構，或采用表面處理的方法實現界面的化學鍵合。但對界面強度提高有限，需采取其他方法提高界面連接強度。

Gianluca Buffa等人采用摩擦自鉚接的方法對聚丙烯和AA6082-T6鋁合金進行了連接，在鋁合金板材焊縫兩側預制孔洞結構。在焊接過程中，熱塑性樹脂材料受熱流動，進入鋁合金孔洞結構中，從而形成鉚接結構，提升二者的結合強度。該方法的本質是使得鋁合金與熱塑性樹脂材料之間形成宏觀互鎖結構，當承受拉伸載荷時，樹脂鉚釘處容易形成應力集中，造成接頭的失效。

中國專利CN111559137A，一種硅烷表面改性的纖維增強金屬復合板制備工藝，采用陽極氧化和硅烷偶聯劑處理的方式使界面產生微觀互鎖結構及化學鍵合，從而提升接頭界面的連接強度，但此方法對界面提升效果有限，且對偶聯劑及金屬材料的種類有要求。

中國專利：CN111231375A公開了一種CFRP/鋁合金復合結構的熱成形共固化一體化的成形方法，該方法通過對鋁合金進行表面處理使之粗糙化，并在處理后的表面鋪設預浸料，經過后續的加熱、保溫、時效、空冷的步驟，制備得到CFRP/鋁合金復合結構，該方法通過增加界面微觀互鎖結構及固化成型，但所需制備時間較長，生產效率仍需提升。

因此，如何使金屬材料及FRP板材之間形成機械互鎖及化學鍵合，使金屬/FRP板材界面具有較高的結合強度，又避免對樹脂側內部纖維造成損傷，同時又能夠提高生產效率，成為了本發明準備突破的技術瓶頸。

發明內容

本發明就是為了解決上述背景技術的不足，提供了一種金屬網、纖維網重疊，通過加熱和滾壓的方式，實現界面金屬、纖維交織結構的金屬材料與FRP復合材料一體化連接方法。

為此，本發明提供了一種表面編織的金屬材料與FRP復合材料一體化連接方法，具體的步驟如下：

(1)材料準備：準備金屬板材、金屬網、纖維網和FRP板材，并使用夾具對金屬板材進行裝夾固定；

(2)鋪設纖維網和金屬網：在金屬板材上平鋪一層纖維網，纖維網上鋪設一層金屬網，纖維網和金屬網的網格方向均為正十字向，所放置后的金屬網的網格位置與纖維網的網格位置不重合；