[发明专利]一种碳纤维增强树脂基复合材料连接工艺方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维增强树脂基复合材料连接工艺方法，使用紫外脉冲激光束扫描碳纤维增强树脂基复合材料粘接面，去除表面树脂层并暴露碳纤维层，并进行清洗、晾干处理；对粘接面涂胶并进行粘接；通过超声振动工具头对粘接面的垂直方向施加频率为15KHz～25KHz的超声波振动，振动前通过超声振动工具头施加1MPa～5MPa预压力，结束保持压力15～30min；将胶接件在40℃～80℃加热固化1～20h。本发明首次将超声振动辅助胶接与激光表面处理和使用碳纳米管对胶粘剂改性结合起来，有效解决了实际工程中碳纤维胶粘连接产生的胶粘质量不好、胶粘质量不均、胶粘前表面处理使碳纤维丝断裂的问题。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种碳纤维增强树脂基复合材料连接工艺方法。

背景技术

随着汽车工业的大力发展，节能、环保被越来越多的考虑到汽车生产制造过程中，研究表明，汽车减重1％，油耗降低0.7％，汽车整备质量每降低100kg，百公里燃油消耗量可降低0.3～0.6L，同时废气排放也相应减少。

碳纤维增强树脂基复合材料由于其强度高、密度小、热稳定性能好、可制备性能好，近年来在多个工程领域内得到了广泛应用，成为新材料的研究重点。与传统的复合材料机械连接(螺栓连接、铆接)方式相比，胶连接借助胶接剂将零件连接，无对复合材料的损伤、无开孔应力集中，具有承载能力强、应力分布均匀、防止电化学腐蚀等优点。因此，胶连接比机械连接更广泛地应用于碳纤维先进复合材料的连接设计中，成为实现汽车轻量化的关键技术之一。但是胶接质量不高和胶接强度分布不均的问题一直没有得到较好的解决。

超声振动辅助胶接技术成为近年来广泛关注的研究方向，与传统的胶粘工艺相比，超声振动在液相中产生的空化效应具有诱导填缝和界面增润作用能显著提高胶接质量，改善胶接强度分布不均的问题。

目前提高碳纤维增强树脂基复合材料粘接强度的方法主要是通过改进粘接表面处理工艺，比如打磨、喷砂、喷丸、偶联等，改善粘接剂的组分配比，以及改变粘接剂固化工艺等。但是在胶粘过程中人为因素影响很大，打磨不均、涂胶不均匀等工艺因素会使样件粘接强度差异性较大，喷砂、喷丸、偶联等工序繁杂增加成本，同时难以施加均匀的成型压力使粘接剂能充分润湿待粘接表面，这些因素都使获得稳定可靠的高粘合强度的粘接试样成为难题。

发明内容

本发明目的在于提供一种碳纤维增强树脂基复合材料连接工艺方法，旨在提高碳纤维增强树脂基复合材料粘接面表面质量，提高粘接剂与粘接面的接触面积，进而提高超声振动辅助胶接强度和质量。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种碳纤维增强树脂基复合材料连接工艺方法，包括以下步骤：

1)使用紫外脉冲激光束扫描碳纤维增强树脂基复合材料粘接面，去除表面树脂层并暴露碳纤维层，并进行清洗、晾干处理；

2)将激光处理过的碳纤维增强树脂基复合材料固定后对粘接面涂胶并进行粘接；所用粘接剂制备方法如下：将碳纳米管与乙酸乙酯混合超声振动分散45min～90min，加入环氧树脂组分继续超声振动分散45min～90min后去除乙酸乙酯，加入环氧树脂固化剂并混合均匀；

3)通过超声振动工具头对粘接面的垂直方向施加频率为15KHz～25KHz的超声波振动，振动前通过超声振动工具头施加1MPa～5MPa预压力，超声波振动结束保持压力15min～30min；

4)将胶接件在40℃～80℃加热固化1～20h。

按上述方案，步骤1所用紫外脉冲激光为波长为193nm～355nm的紫外激光，光子能量为3.49eV～6.44eV，平均功率为15w～200w，重复频率为1MH～2MHz，光斑直径为1.3mm～1.5mm，扫描速度为50mm/s～1500mm/s。

按上述方案，步骤1所述紫外脉冲激光束扫描方向与所述碳纤维增强树脂基复合材料最外层纤维方向呈45°。