[发明专利]一种表面编织的金属材料与FRP复合材料一体化连接方法

说明书

本发明提供了一种表面编织的金属材料与FRP复合材料一体化连接方法，其解决了金属与纤维增强材料连接时，界面结合强度低，抗拉载荷小的技术问题。其采用金属网‑纤维网‑金属板材相互交错重叠的形式，并通过滚压和电阻焊的方式，将金属网结点焊接于金属板材上，形成金属网与纤维网相互交织的结构，再过加热和滚压的方式将FRP板材与金属板材实现紧密结合。本发明可广泛应用于焊接技术领域。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，更具体地说，是涉及一种表面编织的金属材料与FRP复合材料一体化连接方法。

背景技术

随着材料工业的进步与连接技术的发展，结构轻量化概念逐渐得到了普及，采用轻质轻量化的材料替代传统铝、钢等金属材料是实现结构轻量化的一种重要方法。其中，聚合物及其纤维增强材料(FRP)具有密度小、比强度高、耐腐蚀、耐热性好等优异性能，在航空航天、轨道交通、车辆工程等领域具有广泛的应用背景。采用金属/FRP复合结构有利于兼顾金属材料优异的韧性以及FRP轻质高强的优势，在满足结构承载要求的基础上实现“结构轻量化”的目标。但由于金属材料与FRP复合材料性质的差异，使得二者之间难以形成稳定、高强度的分子键合，目前工业中主要采用胶结、机械连接等方法对金属材料与FRP进行连接，如：铆接、螺栓连接等。但二者均存在一定的问题，如：胶接的固化时间长，胶层易受环境温湿度影响；铆接和螺栓连接等方法需对FRP板材预制孔洞，一方面破坏FRP复合材料内部纤维的连续性，另一方面在一定载荷下螺栓连接处容易产生应力集中，继而间接影响接头的使用寿命。目前也有学者提出使用焊接技术对金属材料和FRP复合材料进行连接，包括电阻焊、激光焊、搅拌摩擦焊等，其原理在于使金属与FRP材料界面处形成宏观、微观机械互锁结构，或采用表面处理的方法实现界面的化学键合。但对界面强度提高有限，需采取其他方法提高界面连接强度。

Gianluca Buffa等人采用摩擦自铆接的方法对聚丙烯和AA6082-T6铝合金进行了连接，在铝合金板材焊缝两侧预制孔洞结构。在焊接过程中，热塑性树脂材料受热流动，进入铝合金孔洞结构中，从而形成铆接结构，提升二者的结合强度。该方法的本质是使得铝合金与热塑性树脂材料之间形成宏观互锁结构，当承受拉伸载荷时，树脂铆钉处容易形成应力集中，造成接头的失效。

中国专利CN111559137A，一种硅烷表面改性的纤维增强金属复合板制备工艺，采用阳极氧化和硅烷偶联剂处理的方式使界面产生微观互锁结构及化学键合，从而提升接头界面的连接强度，但此方法对界面提升效果有限，且对偶联剂及金属材料的种类有要求。

中国专利：CN111231375A公开了一种CFRP/铝合金复合结构的热成形共固化一体化的成形方法，该方法通过对铝合金进行表面处理使之粗糙化，并在处理后的表面铺设预浸料，经过后续的加热、保温、时效、空冷的步骤，制备得到CFRP/铝合金复合结构，该方法通过增加界面微观互锁结构及固化成型，但所需制备时间较长，生产效率仍需提升。

因此，如何使金属材料及FRP板材之间形成机械互锁及化学键合，使金属/FRP板材界面具有较高的结合强度，又避免对树脂侧内部纤维造成损伤，同时又能够提高生产效率，成为了本发明准备突破的技术瓶颈。

发明内容

本发明就是为了解决上述背景技术的不足，提供了一种金属网、纤维网重叠，通过加热和滚压的方式，实现界面金属、纤维交织结构的金属材料与FRP复合材料一体化连接方法。

为此，本发明提供了一种表面编织的金属材料与FRP复合材料一体化连接方法，具体的步骤如下：

(1)材料准备：准备金属板材、金属网、纤维网和FRP板材，并使用夹具对金属板材进行装夹固定；

(2)铺设纤维网和金属网：在金属板材上平铺一层纤维网，纤维网上铺设一层金属网，纤维网和金属网的网格方向均为正十字向，所放置后的金属网的网格位置与纤维网的网格位置不重合；