[发明专利]一种界面夹杂增强的热塑性复合材料超声波焊接方法

权利要求书

1.一种界面夹杂增强的热塑性复合材料超声波焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用碳纳米管、石墨烯、SiC颗粒或高强度金属网钉在第一纤维增强热塑性复合材料板的待焊接区域上制备界面夹杂区；

S2、将第二纤维增强热塑性复合材料板待焊接区域搭接在步骤S1制备的第一纤维增强热塑性复合材料板的界面夹杂区上，并固定在砧座上；

S3、用超声波焊头在步骤S2制备的第二纤维增强热塑性复合材料板待焊接区域正上方施加垂直与工件交界面的焊接压力和正弦位移载荷，焊接完毕后使用超声波焊头对焊接接头保压并冷却后卸载，完成焊接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体为：

S101、将碳纳米管或石墨烯加入乙醇溶液中进行超声波搅拌，配成碳纳米管/石墨烯悬浊液，再将碳纳米管/石墨烯悬浊液均匀涂抹在第一纤维增强热塑性复合材料板待焊接区域上，并进行烘干处理；

S102、将S101制成的碳纳米管或石墨烯悬浊液均匀涂抹在第一纤维增强热塑性复合材料板的待焊接区域上，并进行烘干处理，得到碳纳米管或石墨烯界面夹杂区。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S101中，碳纳米管/石墨烯悬浊液的浓度为5～30mg/mL。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体为：

S201、将第一纤维增强热塑性复合材料板的待焊接区域朝上并放置于超声波焊头正下方，然后固定在砧座上；

S202、将10～40mg的SiC颗粒均匀铺放在S101中的第一纤维增强热塑性复合材料板的待焊接区域，得到SiC颗粒界面夹杂区。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体为：

S301、将碳纳米管、石墨烯或SiC颗粒均匀混入熔融的热塑性树脂基体中，通过注塑挤压方式制成厚度0.2～0.35mm的碳纳米管/石墨烯/SiC颗粒夹杂型的热塑性树脂基体薄膜，并切成略大于焊接区域的薄片，制得夹杂型树脂薄片；

S302、将第一纤维增强热塑性复合材料板的待焊接区域朝上并放置于超声波焊头正下方，固定在砧座上；

S303、将S301中制得的夹杂型树脂薄片平放在第一纤维增强热塑性复合材料板的待焊接区域上，并将其边缘固定，得到碳纳米管、石墨烯或SiC颗粒树脂薄膜界面夹杂区。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S301中，0.2～0.35m厚的碳纳米管/石墨烯夹杂型热塑性树脂基体薄膜的质量分数为1％～5％，0.2～0.35mm厚的SiC颗粒的夹杂型热塑性树脂基体薄膜的质量分数为5％～10％，夹杂型热塑性树脂基体薄膜的边长为30mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体为：

S401、采用雕刻机在高强度金属板上雕刻金属网孔和金属网钉孔得到金属网板，将金属钉安装固定在金属网板上得到高强度金属网钉或采用3D打印技术直接打印出高强度金属网钉；

S402、将第一纤维增强热塑性复合材料板待焊接区域朝上并放置于超声波焊头的正下方，固定在砧座上；

S403、将步骤S401中制得的高强度金属网钉平放在第一纤维增强热塑性复合材料板待焊接区域上，得到高强度金属网钉界面夹杂区。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，焊接压力为500～1000N；正弦位移载荷的振动幅值为25～100μm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，焊接时间为0.8～1.5s，对焊接接头保压并冷却5～10s后卸载。