[发明专利]热塑复合材料的焊接方法及其中所用到的掺杂树脂

说明书

本发明涉及一种碳纤维热塑复合材料的焊接方法及其中所用到的掺杂树脂，属于复合材料连接固定技术领域。该掺杂树脂包括基体材料和掺杂材料，所述基体材料为透明的热塑性树脂，所述掺杂材料为能够吸收光能转换为热能的有色颗粒，所述掺杂材料在所述掺杂树脂中的体积百分比为0.01％‑1％。该掺杂树脂可用做碳纤维热塑复合材料焊接的填充树脂，在焊接时，于待焊接的碳纤维热塑复合材料之间填充一层上述掺杂树脂，并以激光照射该掺杂树脂，激光束在此掺杂树脂内部传输，被该掺杂树脂吸收形成一条热源带，对该填充用的掺杂树脂和碳纤维热塑复合材料的基体树脂进行加热，并使其融化，熔融态的树脂材料在外部压力作用下流动、扩散、凝固，即可形成焊接。

技术领域

本发明涉及复合材料连接固定技术领域，特别是涉及一种热塑复合材料的焊接方法及其中所用到的掺杂树脂。

背景技术

碳纤维热塑复合材料(CFRTP)具有比强度高、耐腐蚀、抗疲劳、耐热性好等特点，在汽车轻量化、无人机制造、航空航天、国防军工上有着良好的应用前景。

但是，由于受到成型模具的限制，大型复杂CFRTP构件一般通过多个零部件连接而成，而连接头部位又往往是整个结构件中最薄弱的部分，接头的质量将直接决定着CFRTP构件的疲劳强度和使用寿命。实现CFRTP材料高质量的连接是其工程化应用的关键。

当前CFRTP最常用的连接方法有机械连接、胶结、焊接等。其中：焊接利用了CFRTP基体材料热塑性树脂二次熔融的特点，通过加热熔融连接界面，使树脂分子扩散完成连接。该方法连接界面与基体材料有良好的相容性，连接强度和环境适应性优于胶结方法，连接件的应力分布比机械连接更均匀，不会产生应力集中，而且焊接工艺时间短，便于实现自动化。而作为一种非接触式的焊接方式，激光焊接具有焊接速度快、焊接强度高、振动应力小、适合焊接复杂结构件等优势，在CFRTP的焊接上具有良好的应用前景。

目前实现CFRTP激光焊接的主要有两种方法，一种是激光穿透焊接技术，另外一种是激光直接连接技术。激光穿透焊接技术要求焊接工件至少有一个是对激光透明的，激光直接连接技术又只能实现金属与CFRTP(树脂)之间的连接，而对于CFRTP或不透明树脂之间的焊接，上述两种方法在原理上均难以实现。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种热塑复合材料的焊接方法及其中所用到的掺杂树脂，利用该掺杂树脂填充，能够实现碳纤维热塑复合材料的激光焊接，解决了激光穿透焊接技术和激光直接连接技术无法实现CFRTP构件之间焊接的问题。

一种掺杂树脂，包括基体材料和掺杂材料，所述基体材料为透明的热塑性树脂，所述掺杂材料为能够吸收光能转换为热能的有色颗粒，所述掺杂材料在所述掺杂树脂中的体积百分比为0.01％-1％。

上述掺杂树脂，将能够吸收光能转换为热能的有色颗粒掺杂进透明的热塑性树脂中，利用透明的热塑性树脂能够将激光束在其内传输的特点，配合有色颗粒能够将所吸收光能转换为热能以及热塑性树脂二次熔融的性质，在掺杂树脂内形成一条热源带，对该掺杂树脂及与该掺杂树脂相接触的其它树脂进行加热，并使其融化。

因此，该掺杂树脂可用做热塑复合材料(特别适用于碳纤维热塑复合材料)焊接的填充树脂，在焊接时，于待焊接的碳纤维热塑复合材料之间填充一层上述掺杂树脂，并以激光照射该掺杂树脂，激光束在此掺杂树脂内部传输，被该掺杂树脂吸收形成一条热源带，对该填充用的掺杂树脂和碳纤维热塑复合材料的基体树脂进行加热，并使其融化，熔融态的树脂材料在外部压力作用下流动、扩散、凝固，即可形成焊接。