复合材料与金属材料的胶接连接结构及其制备方法技术

本公开涉及一种复合材料与金属材料的胶接连接结构及其制备方法，该胶接连接结构包括复合材料连接板、金属连接件和补强片，所述金属连接件包括相互平行且沿水平方向间隔设置的第一子连接板、第二子连接板以及第三子连接板，所述第一子连接板设置于第二子连接板上方，所述第三子连接板与所述第一子连接板和第二子连接板在长度方向上所形成的连接角α为20‑90°，所述复合材料连接板通过第一胶接层与所述第二子连接板和第三子连接板相贴合，所述补强片通过第二胶接层同时连接所述第一子连接板和复合材料连接板。本公开将金属连接件设计为具有20‑90°的连接角，并且采用补强片对复合材料连接板和金属连接件进行补强，提高了胶接连接结构的强度。

【技术实现步骤摘要】
复合材料与金属材料的胶接连接结构及其制备方法
本公开涉及异种材料的连接
，具体地，涉及一种复合材料与金属材料的胶接连接结构及其制备方法。
技术介绍
近年来，复合材料由于其具有很高的比强度和比刚度以及很好的抗疲劳和耐腐蚀性能等诸多优点，已被广泛应用于航空航天、汽车、军事及体育用品等工程领域。在应用过程当中，不可避免地需要把复合材料与其他异种材料尤其是金属材料进行连接以结合各自材料的优点进行结构的优化设计。目前复合材料与金属的连接主要有胶接、机械连接和混合连接三种。其中机械连接可以传递较大的载荷，然而其需要在结构中开孔，造成复合材料纤维破坏并在孔的周边产生应力集中现象，此外由于需要引入较重的金属紧固件，不利于结构的轻量化设计。混合连接方式综合了胶接和机械连接方法，然而其往往会导致更高的成本及更大的重量。胶接连接不需要开孔，不需要较重的金属紧固件因此不会引起应力集中并且接头较轻，价格较低，但是其承载能力和连接强度却相对较低。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种复合材料与金属材料的胶接连接结构及其制备方法，本公开提供的胶接连接结构低成本、设计制造简单和连接强度高。为了实现上述目的，本公开提供一种复合材料与金属材料的胶接连接结构，该胶接连接结构包括复合材料连接板、金属连接件和补强片，所述金属连接件包括相互平行且沿水平方向间隔设置的第一子连接板、第二子连接板以及连接所述第一子连接板和第二子连接板的第三子连接板，所述第一子连接板设置于第二子连接板侧上方，所述第三子连接板与所述第一子连接板和第二子连接板在长度方向上所形成的连接角α为20-90°，所述复合材料连接板通过第一胶接层与所述第二子连接板和第三子连接板相贴合，所述补强片设置于所述第一子连接板和复合材料连接板的上方且通过第二胶接层同时连接所述第一子连接板和复合材料连接板。可选的，所述连接角α为45-90°。可选的，所述金属连接件的材料为选自钢、铝合金、镁合金和钛合金中的至少一种；所述复合材料连接板的材料为高分子基体纤维增强复合材料，其中所述高分子基体为热塑性树脂和/或热固性塑料，所述纤维为选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和天然纤维中的至少一种。可选的，所述第一胶接层和第二胶接层的材料各自独立地为环氧树脂和/或聚氨酯；所述补强片的材料为高分子基体纤维增强复合材料，其中所述高分子基体为热塑性树脂和/或热固性塑料，所述纤维为选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和天然纤维中的至少一种。可选的，与所述第一胶接层和第二胶接层相接触的金属连接件的表面经过表面处理，其中，所述表面处理为选自机械打磨、砂纸打磨、喷丸处理、阳极氧化、酸处理、激光刻蚀和等离子喷涂中的至少一种。本公开还提供一种复合材料与金属材料的胶接连接结构的制备方法，该方法包括：a、制备金属连接件，其中，所述金属连接件包括相互平行且沿水平方向间隔设置的第一子连接板、第二子连接板以及连接所述第一子连接板和第二子连接板的第三子连接板，所述第一子连接板设置于第二子连接板侧上方，所述第三子连接板与所述第一子连接板和第二子连接板在长度方向上所形成的连接角α为20-90°；b、将复合材料连接板通过第一胶接层与所述第二子连接板和第三子连接板相贴合；c、将补强片设置于所述第一子连接板和复合材料连接板的上方且通过第二胶接层同时连接所述第一子连接板和复合材料连接板。可选的，所述连接角α为45-90°。可选的，所述金属连接件的材料为选自钢、铝合金、镁合金和钛合金中的至少一种；所述复合材料连接板的材料为高分子基体纤维增强复合材料，其中所述高分子基体为热塑性树脂和/或热固性塑料，所述纤维为选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和天然纤维中的至少一种。可选的，所述第一胶接层和第二胶接层的材料各自独立地为环氧树脂和/或聚氨酯；所述补强片的材料为高分子基体纤维增强复合材料，其中所述高分子基体为热塑性树脂和/或热固性塑料，所述纤维为选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和天然纤维中的至少一种。可选的，在步骤b之前，将与所述第一胶接层和第二胶接层相接触的金属连接件的表面进行表面处理，其中，所述表面处理为选自机械打磨、砂纸打磨、喷丸处理、阳极氧化、酸处理、激光刻蚀和等离子喷涂中的至少一种。本公开将金属连接件设计为具有20-90°的连接角，并且采用补强片对复合材料连接板和金属连接件进行补强，提高了胶接连接结构的强度。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1是本公开胶接连接结构一种具体实施方式的结构示意图。图2是本公开胶接连接结构另一种具体实施方式的结构示意图。附图标记说明1复合材料连接板2金属连接件3补强片21第一子连接板22第二子连接板23第三子连接板41第一胶接层42第二胶接层具体实施方式以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指附图方向的上下。如图1-2所示，本公开提供一种复合材料与金属材料的胶接连接结构，该胶接连接结构包括复合材料连接板1、金属连接件2和补强片3，所述金属连接件2包括相互平行且沿水平方向间隔设置的第一子连接板21、第二子连接板22以及连接所述第一子连接板21和第二子连接板22的第三子连接板23，所述第一子连接板21设置于第二子连接板22侧上方，所述第三子连接板23与所述第一子连接板21和第二子连接板22在长度方向上所形成的连接角α为20-90°，所述复合材料连接板1通过第一胶接层41与所述第二子连接板22和第三子连接板23相贴合，所述补强片3设置于所述第一子连接板21和复合材料连接板1的上方且通过第二胶接层42同时连接所述第一子连接板21和复合材料连接板1。本公开在复合材料与金属材料的胶接连接中，对金属连接件引入连接角设计，从而减少了连接结构在拉伸或压缩载荷下由载荷偏心所引起的剥离效应，此外通过在连接结构中引入补强片，从而大大提高连接结构在拉伸、压缩及弯曲载荷下的承载能力和连接强度。该结构制造工艺简单，成本低廉，相对于原始单搭接及折曲搭接连接结构具有显著提高的承载能力和连接强度，相对于双搭接连接结构具有较低的成本和轻量化效果。本公开专利技术人发现，异种材料胶接的强度与连接角具有直接关系。如图1-2所示，所述连接角为三块子连接板在各自的长度方向或在竖直平面内所形成的角度，且经过测试发现，随着连接角的增加，连接结构的载荷增加，因此，所述连接角α优选为45-90°，更优选为60-90°，进一步优选为75-90°，更进一步优选为85-90°，最优选为90°。根据外载荷类型以及大小可以对连接角进行调整。根据本公开，金属连接件与复合材料连接板为异种材料，例如，所述金属连接件2的材料可以为选自钢、铝合金、镁合金和钛合金中的至少一种；复合材料连接板的材料可以为非金属材料，优选为高分子复合材料，更优选为高分子基体纤维增强复合材料，其中所述高分子基体可以为热塑性树脂和/或热固性塑料，所述热塑性树脂可以为环氧树脂、酚醛、双马来酰亚胺和聚酰亚胺等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料与金属材料的胶接连接结构，该胶接连接结构包括复合材料连接板(1)、金属连接件(2)和补强片(3)，所述金属连接件(2)包括相互平行且沿水平方向间隔设置的第一子连接板(21)、第二子连接板(22)以及连接所述第一子连接板(21)和第二子连接板(22)的第三子连接板(23)，所述第一子连接板(21)设置于第二子连接板(22)侧上方，所述第三子连接板(23)与所述第一子连接板(21)和第二子连接板(22)在长度方向上所形成的连接角α为20‑90°，所述复合材料连接板(1)通过第一胶接层(41)与所述第二子连接板(22)和第三子连接板(23)相贴合，所述补强片(3)设置于所述第一子连接板(21)和复合材料连接板(1)的上方且通过第二胶接层(42)同时连接所述第一子连接板(21)和复合材料连接板(1)。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料与金属材料的胶接连接结构，该胶接连接结构包括复合材料连接板(1)、金属连接件(2)和补强片(3)，所述金属连接件(2)包括相互平行且沿水平方向间隔设置的第一子连接板(21)、第二子连接板(22)以及连接所述第一子连接板(21)和第二子连接板(22)的第三子连接板(23)，所述第一子连接板(21)设置于第二子连接板(22)侧上方，所述第三子连接板(23)与所述第一子连接板(21)和第二子连接板(22)在长度方向上所形成的连接角α为20-90°，所述复合材料连接板(1)通过第一胶接层(41)与所述第二子连接板(22)和第三子连接板(23)相贴合，所述补强片(3)设置于所述第一子连接板(21)和复合材料连接板(1)的上方且通过第二胶接层(42)同时连接所述第一子连接板(21)和复合材料连接板(1)。2.根据权利要求1所述胶接连接结构，其中，所述连接角α为45-90°。3.根据权利要求1所述胶接连接结构，其中，所述金属连接件(2)的材料为选自钢、铝合金、镁合金和钛合金中的至少一种；所述复合材料连接板(1)的材料为高分子基体纤维增强复合材料，其中所述高分子基体为热塑性树脂和/或热固性塑料，所述纤维为选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和天然纤维中的至少一种。4.根据权利要求1所述胶接连接结构，其中，所述第一胶接层(41)和第二胶接层(42)的材料各自独立地为环氧树脂和/或聚氨酯；所述补强片(3)的材料为高分子基体纤维增强复合材料，其中所述高分子基体为热塑性树脂和/或热固性塑料，所述纤维为选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和天然纤维中的至少一种。5.根据权利要求1所述的胶接连接结构，其中，与所述第一胶接层(41)和第二胶接层(42)相接触的金属连接件(2)的表面经过表面处理，其中，所述表面处理为选自机械打磨、砂纸打磨、喷丸处理、阳极氧化、酸处理、激光刻蚀和等离子喷涂中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓雅琼，
申请(专利权)人：北京汽车集团有限公司，北京汽车研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11