[发明专利]一种利用超声波熔接中间层制备金属与高分子材料复合体的方法

说明书

本发明公开了一种利用超声波熔接中间层制备金属与高分子材料复合体的方法，包括步骤：对金属材料的连接面进行表面处理形成纳米级至微米级的孔洞，作为金属被连接体；将所需的高分子材料或高分子复合材料预先通过注塑或压延成型，作为高分子被连接体；制备用于连接金属与高分子被连接体的中间层；将中间层的一端固定于超声波熔接机上，并置于金属被连接体与高分子被连接体之间，在金属被连接体和/或高分子被连接体的侧面施加压力，启动超声波熔接机，通过超声波振动方式将金属与高分子材料连接为一体。本发明通过将超声波振动直接作用于中间层，使得中间层及与中间层紧贴的高分子材料的连接面熔融，冷却后即可得到金属与高分子材料复合体。

技术领域

本发明涉及金属与高分子材料复合连接技术领域，具体涉及一种利用超声波熔接中间层制备金属与高分子材料复合体的方法。

背景技术

随着现代科技的快速发展，人们对工业产品的材质、结构和性能要求也不断提高，单一材料的性能往往不能满足人们的实际需求，尤其是汽车制造等大型产业，很多复杂的结构部件往往需要集成多种材料，利用不同材料的优势来满足具体的应用需求。高分子材料因其具有轻质、耐腐蚀、易加工、低成本等众多优良品质，在高铁、汽车、飞机、船舶部件以及医疗器械、数码产品、建筑装饰等领域应用越来越广。通过使用低密度的高分子材料来取代金属材料，可以实现交通工具等的减重，实现轻量化，从而达到降低能源消耗，减少二氧化碳排放等目的。

目前，对于金属与高分子材料连接成型技术，常用的方法主要有采用机械连接、胶粘剂连接或利用对热塑性高分子材料加热熔融的方式进行连接，其中，机械紧固连接方式对材料构件的尺寸限制要求严格，且耐久性差，不能长时间使用；采用胶粘剂连接方法得到的金属与高分子复合材料的界面结合力差，且粘接剂毒性大、对人员与环境造成危害；采用对热塑性高分子材料加热熔融的方式进行连接，不使用任何有毒有害的化学粘结剂，安全环保，同时这种方式得到的金属与高分子材料的连接体的连接强度相对更高、耐久性更长，是新一代绿色环保的连接技术。

对于采用热塑性高分子材料加热熔融的方式进行连接，目前通常是对金属表面进行处理使其表面形成纳米级、微米级孔洞，然后将金属与高分子材料通过注塑结合，虽然通过将熔融状态的高分子材料注入金属表面微孔内进行锚固达到了一定的增强效果，但高分子材料与金属亲和性低，注塑时难以进入金属表面孔洞内，造成金属与高分子材料连接界面的结合力处于相对较低的水平，最终影响其抗拉伸性能等，影响使用寿命，制约金属与高分子复合材料的广泛应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用超声波熔接中间层制备金属与高分子材料复合体的方法，将超声波振动直接作用于中间层，通过摩擦产生的热量使得中间层及与中间层紧贴的高分子材料的连接面熔融，熔融的中间层不仅与高分子材料的熔融的连接面连接，并在超声波振动作用下进入金属材料连接面的孔洞内，且超声波振动作用能够使更多的中间层进入金属材料连接面的孔洞内，从而使金属材料与高分子材料连接牢固，使金属材料与高分子材料连接界面具有高连接强度。

本发明采用的技术解决方案是：

本发明提供了一种利用超声波熔接中间层制备金属与高分子材料复合体的方法，包括如下步骤：

(1)对金属材料的连接面进行表面处理，使金属材料的连接面形成纳米级至微米级的孔洞，作为金属被连接体；

(2)将所需的高分子材料或高分子复合材料预先通过注塑或压延成型，作为高分子被连接体；

(3)制备用于连接金属被连接体与高分子被连接体的中间层；

(4)将中间层的一端固定于超声波熔接机上，并将中间层置于金属被连接体与高分子被连接体之间，在金属被连接体和/或高分子被连接体的侧面施加压力，启动超声波熔接机，通过超声波振动方式使中间层及高分子被连接体的连接面熔融，将金属被连接体与高分子被连接体连接为一体，得到金属与高分子材料复合体。

进一步地，所述步骤(1)中金属材料的表面处理过程具体为：