[发明专利]一种超声强化碳纤维增强树脂基复合材料粘接工艺

说明书

本发明公开了一种超声强化碳纤维增强树脂基复合材料粘接工艺，使用丙酮清洗碳纤维增强树脂基复合材料的待粘接部位表面，紫外激光照射使表层碳纤维丝暴露并部分打断，形成待穿插点位，再次使用丙酮超声清洗并干燥；涂胶后铺上增活软化的碳纤维编织布再次涂胶，初步粘接后将胶结件固定；通过超声振动工具头施加与涂胶面平行的超声剪切振动；向粘接部位施加与涂胶面垂直的压力，加热固化。本发明可改善粘接剂、碳纤维增强树脂基复合材料、碳纤维编织布之间的结合强度，提高粘合强度，操作简单，性能稳定可靠，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种超声强化碳纤维增强树脂基复合材料粘接工艺。

背景技术

由于碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有比模量高、比强度高、密度小、耐高温等优良性能，近年来在多个工程领域内得到了广泛应用，但由于结构和工艺的限制，碳纤维复合材料很难实现整体成型，因此碳纤维构建的连接尤为重要，碳纤维材料连接常用的方法有：机械连接、胶连接和混合连接等方式。胶连接借助胶接剂将各部件连接为不可拆卸的整体，具有应力分布均匀、防止电化学腐蚀等优点，同时，胶连接避免了开孔使复合材料受到外力时在孔附近产生应力集中。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，成为实现轻量化连接的关键技术之一。

碳纤维编织布加固胶粘技术能有效提高粘接件的抗拉、抗剪强度，使粘接件具有更优异的机械性能。获得胶接强度稳定可靠的粘接件需要碳纤维编织布与待粘接基体有良好的界面结合。而现有工艺通常是直接在碳纤维编织布表面涂附粘接剂进行粘接，粘接剂与待粘接物、碳纤维编织布之间的界面结合往往不足，结合性能往往较差，且粘接剂难以充分润湿碳纤维编织布，进而造成粘接质量不足，粘接强度分布不均匀的问题。因此本发明提出一种超声强化碳纤维增强树脂基复合材料粘接工艺，可实现碳纤维编织布与被粘物表面碳纤维丝交叉互联，提升碳纤维编织布、被粘物与粘接剂的结合程度，以满足碳纤维编织布在胶粘领域的工艺需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种超声强化碳纤维增强树脂基复合材料粘接工艺，旨在提高超声振动辅助碳纤维增强树脂基复合材料胶接强度和质量。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种超声强化碳纤维增强树脂基复合材料粘接工艺，包括以下步骤：

1)使用丙酮清洗碳纤维增强树脂基复合材料的待粘接部位表面，紫外激光照射使得待粘接部位表层碳纤维丝暴露并部分打断，形成待穿插点位，再次使用丙酮超声清洗并干燥；

2)待粘接部位涂胶后铺上增活软化的碳纤维编织布再次涂胶，初步粘接后将胶结件固定；

3)通过超声振动工具头向胶结件的粘接部位施加与涂胶面平行的超声剪切振动；

4)向胶结件的粘接部位施加与涂胶面垂直的压力，加热固化。

按上述方案，步骤1中采用平均功率为15W～50W，扫描速度50mm/s～1500mm/s的紫外激光将碳纤维增强树脂基复合材料的表层树脂层烧蚀，暴露并打断部分表层碳纤维丝，使其形成待穿插点位。

按上述方案，步骤2中胶层与碳纤维编织布总厚度在0.7mm～0.8mm之间；所述碳纤维编织布层数为1～3层，层数大于1时碳纤维编织布彼此之间及其与基体之间都需要进行涂胶。

按上述方案，步骤2中增活软化的碳纤维编织布制备方法包括以下步骤：

将碳纤维编织布放入硝酸溶液中浸泡1～2小h，用蒸馏水洗净，再放入丙酮溶液中超声清洗后干燥；丙酮溶液质量分数为65～95wt％，硝酸溶液质量分数为50～60wt％。

按上述方案，步骤2所用粘接剂为双组分环氧胶。

按上述方案，步骤3中超声剪切振动的频率为20～30KHz，振动幅值为48μm～80μm，持续振动10s～15s。