本發(fā)明涉及金屬和纖維增強(qiáng)塑料異種材料連接，尤其涉及一種利用激光切割和熱壓連接制造復(fù)合板材的方法。

背景技術(shù)：

1、在國(guó)家綠色發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下，隨著結(jié)構(gòu)輕量化、高強(qiáng)度和耐腐蝕性能需求的日益增長(zhǎng)，金屬與纖維增強(qiáng)塑料作為兩大類高性能材料，因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在航空航天、汽車制造、新能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。然而，由于兩者性能的巨大差異，使得它們之間的連接仍面臨諸多挑戰(zhàn)。因此，深入研究金屬和纖維增強(qiáng)塑料異種材料的有效連接方法，對(duì)于推動(dòng)多材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)的發(fā)展具有重要意義。

2、目前應(yīng)用于金屬和纖維增強(qiáng)塑料的方法主要包括機(jī)械連接（螺栓連接、鉚接）、焊接（電阻焊、激光焊、超聲波焊等）和粘接。其中機(jī)械連接方法無(wú)法避免材料損傷的問(wèn)題，且不利于結(jié)構(gòu)的輕量化；焊接方法往往需要將材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，這可能導(dǎo)致復(fù)合材料中的樹脂基體熱降解或碳纖維性能下降，且焊接連接面積有限，此外，若焊接前未對(duì)材料表面進(jìn)行充分預(yù)處理，接頭性能將難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求，進(jìn)而推高了制造成本；粘接使用的粘合劑隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，易發(fā)生老化，出現(xiàn)粘合劑層內(nèi)凝聚破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

3、相較于上述方法，熱壓連接技術(shù)不僅通過(guò)加熱和加壓促進(jìn)了材料的軟化與塑性變形，還顯著增強(qiáng)了界面處原子間的引力作用，從而確保材料間達(dá)到緊密接觸與牢固結(jié)合。此外，熱壓連接技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)在于其連接區(qū)域廣泛，能夠靈活應(yīng)用不同的壓頭來(lái)實(shí)現(xiàn)整塊板材的全面連接，提高了連接的效率和穩(wěn)定性。在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中，專利cn116749607a公開了一種金屬與非金屬的連接方法及連接組件，通過(guò)在待連接的金屬與非金屬之間放置一層具有極性表面特征的薄膜，隨后利用金屬側(cè)加熱、非金屬側(cè)加壓的熱壓連接策略，實(shí)現(xiàn)了兩者之間的高效且穩(wěn)定的密封連接。然而，此方法的局限性在于其連接效果主要局限于板材的表面層，對(duì)于整體力學(xué)性能的顯著提升作用有限。同時(shí)，中間層薄膜的選擇需兼顧對(duì)兩側(cè)異種材料的良好親和力，這在實(shí)際應(yīng)用中構(gòu)成了一定的挑戰(zhàn)與限制，影響了該技術(shù)的廣泛適用性。因此，亟需提供一種利用激光切割和熱壓連接制造金屬和纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合板材的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的

2、為了解決當(dāng)前金屬與非金屬的熱壓連接的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用激光切割和熱壓連接制造復(fù)合板材的方法，能夠使異種材料不僅在板材表面內(nèi)提供多區(qū)域的連接，還能深入板材內(nèi)部，為兩種材料創(chuàng)造更多的接觸界面；同時(shí)，在熱壓的作用下，使異種材料相互擴(kuò)散，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成更加牢固和穩(wěn)定的結(jié)合體，極大地提升了復(fù)合材料的整體性能。

3、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、本發(fā)明的目的在于提供一種利用激光切割和熱壓連接制造復(fù)合板材的方法，包括以下步驟：

5、s1：準(zhǔn)備復(fù)合板材的材料，所述復(fù)合板材的材料包括第一金屬薄板、中間層和第一纖維增強(qiáng)塑料薄板，所述中間層包括若干個(gè)第二金屬薄板和第二纖維增強(qiáng)塑料薄板；

6、s2：將相鄰的第二金屬薄板和第二纖維增強(qiáng)塑料薄板用激光束進(jìn)行激光切割處理，且相鄰的所述第二金屬薄板和第二纖維增強(qiáng)塑料薄板均切割出對(duì)應(yīng)的相同若干孔洞，并得到第二纖維增強(qiáng)塑料薄板的第一切割片材和所述第二金屬薄板的第二切割片材；

7、s3：將第一切割片材放入相鄰的所述第二金屬薄板的孔洞中，將第二切割片材放入相鄰的第二纖維增強(qiáng)塑料薄板的孔洞中；

8、s4：將步驟s3處理好的若干個(gè)第二金屬薄板和第二纖維增強(qiáng)塑料薄板交替層疊設(shè)置，形成待加壓中間層，且待加壓中間層兩側(cè)的第二金屬薄板和第二纖維增強(qiáng)塑料薄板分別與第一纖維增強(qiáng)塑料薄板和第一金屬薄板相貼合，然后通過(guò)夾件將第二金屬薄板、第二纖維增強(qiáng)塑料薄板、第一金屬薄板和第一纖維增強(qiáng)塑料薄板固定在一起，然后進(jìn)行熱壓連接。

9、作為上述方案的進(jìn)一步描述，所述步驟s1中，第一金屬薄板、第二金屬薄板、第一纖維增強(qiáng)塑料薄板和第二纖維增強(qiáng)塑料薄板的長(zhǎng)度、寬度和厚度均相同，且所述第一金屬薄板厚度均為0.2-0.5mm；所述第一金屬薄板和第二金屬薄板的材質(zhì)相同，且第一金屬薄板所述采用鋁合金、鎂合金或鈦合金制成；所述第一纖維增強(qiáng)塑料薄板和第二纖維增強(qiáng)塑料薄板的材質(zhì)相同，且所述第一纖維增強(qiáng)塑料薄板包括纖維和塑料，所述纖維采用碳纖維或玻璃纖維制成；所述塑料采用熱塑性塑料制成。

10、作為上述方案的進(jìn)一步描述，所述步驟s2中，第二金屬薄板激光切割處理采用的激光功率800-1500w；所述第二金屬薄板激光切割處理的切割速度150-200mm/s、所述金屬材料激光切割處理的輔助氣壓1mpa；

11、所述第二纖維增強(qiáng)塑料薄板激光切割處理的激光功率800-1200w，所述第二纖維增強(qiáng)塑料薄板激光切割處理的切割速度15-25mm/s，所述第二纖維增強(qiáng)塑料薄板激光切割處理的輔助氣壓0.5-0.7mpa。

12、作為上述方案的進(jìn)一步描述，所述步驟s2中，第二金屬薄板和第二纖維增強(qiáng)塑料薄板進(jìn)行激光切割處理，激光切割處理的路徑是通過(guò)在x方向和y方向同時(shí)陣列的圓形線條，得到的圓形孔洞直徑為薄板厚度的3-4倍，且相鄰圓形孔洞之間的圓心距離為2-2.5倍圓形孔洞的直徑，陣列次數(shù)為偶數(shù)次；所述第二金屬薄板選取奇數(shù)行和奇數(shù)列的圓形進(jìn)行切割，第二纖維增強(qiáng)塑料薄板選取偶數(shù)行和偶數(shù)列的圓形進(jìn)行切割。

13、作為上述方案的進(jìn)一步描述，所述步驟s2中，第二金屬薄板邊緣與相鄰的第二金屬薄板激光切割處理的孔洞之間距離為4倍以上孔洞直徑；第二纖維增強(qiáng)塑料薄板邊緣與第二纖維增強(qiáng)塑料薄板激光切割處理的孔洞之間距離為4倍以上的圓形直徑。

14、作為上述方案的進(jìn)一步描述，所述步驟s4中，熱壓連接前，第二金屬薄板、第二纖維增強(qiáng)塑料薄板、第一金屬薄板和第一纖維增強(qiáng)塑料薄板的鋪放順次為：最下層放置第一纖維增強(qiáng)塑料薄板，然后從下往上依次交替鋪設(shè)步驟s3處理后的第二金屬薄板和第二纖維增強(qiáng)塑料薄板，最上層放置第一金屬薄板；所述第一金屬薄板、中間層和第一纖維增強(qiáng)塑料薄板形成的復(fù)合板材，所述復(fù)合板材整體厚度為0.8-8mm。

15、作為上述方案的進(jìn)一步描述，所述步驟s4中，熱壓連接的熱壓溫度為280-450℃，熱壓連接的熱壓壓力為4-15mpa，熱壓連接的保溫時(shí)間為5-45min。

16、作為上述方案的進(jìn)一步描述，所述步驟s4中，熱壓連接前，需要密封保存，清理第一金屬薄板、第二金屬薄板、第二纖維增強(qiáng)塑料薄板和第一纖維增強(qiáng)塑料薄板表面的灰塵和雜質(zhì)后，再平整的放在上壓頭和下壓頭之間，且所述上壓頭和下壓頭相互平行設(shè)置，再用夾具夾緊固定。

17、本發(fā)明有益效果包含以下幾點(diǎn)：

18、1.激光切割處理由于自身工藝特性會(huì)燒損一定的材料，為減少材料燒損差異，設(shè)定了不同的參數(shù)范圍，以此統(tǒng)一兩類切割片材尺寸，保證結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性。此外，使得切割后留下的圓形片材的直徑小于孔徑，裝填進(jìn)對(duì)方材料后，不會(huì)帶來(lái)額外的應(yīng)力，并為熱壓過(guò)程中材料的膨脹預(yù)留了空間。

19、2.在精密調(diào)控激光切割的功率輸出、掃描速率與熱壓連接工藝中的熱壓溫度及壓力等核心參數(shù)的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)切割片材孔洞區(qū)域的高度精準(zhǔn)填充。這種激光與熱壓技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化策略，不僅有效遏制了復(fù)合板材內(nèi)部孔洞瑕疵的產(chǎn)生，還極大地增強(qiáng)了板材的整體質(zhì)量與性能。

20、3.采用傳統(tǒng)焊接模式時(shí)，異種材料僅在接觸面的有限區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接，該方法不僅在板材表面（水平方向）內(nèi)提供多區(qū)域的連接，還能深入板材內(nèi)部（即豎直方向），為兩種材料創(chuàng)造更多的接觸界面。在熱壓的作用下，異種材料相互擴(kuò)散，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成更加牢固和穩(wěn)定的結(jié)合體，極大地提升了復(fù)合材料的整體性能。

21、4.在空間結(jié)構(gòu)上，兩種材料猶如兩張網(wǎng)相互交織。這種設(shè)計(jì)在承受載荷時(shí)，能夠有效分散應(yīng)力至整個(gè)板材區(qū)域，從而顯著提升復(fù)合板材的承載能力和抗疲勞性能。

22、5.激光切割技術(shù)在處理單層薄板時(shí)雖存在厚度限制，但在熱壓連接方法加熱加壓特性的加持下，可通過(guò)將多層板材交替疊加并復(fù)合，可以大幅度擴(kuò)展復(fù)合板材的厚度范圍，使其能夠靈活適應(yīng)各種復(fù)雜的使用工況和性能要求。