一种耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法技术

一种耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法，属于材料连接技术领域。通过异质的无机纳米颗粒材料对耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜进行处理，形成纳米颗粒凸起纹理，再进行固化，然后利用超声波的高频振动，在压力的作用下使搭接粘合面相互摩擦产生热量致使热塑性聚芳醚酮熔融而形成分子层之间的熔合，并且利用聚芳醚酮涂层自身熔融达到焊接目的。采用的纳米颗粒凸起纹理能够替代ED，缩短焊接时间，提高焊接接头强度。提高焊接接头强度。提高焊接接头强度。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法


[0001]本专利技术属于材料连接
，具体涉及到一种耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法。

技术介绍

[0002]焊接技术在金属材料领域已经广泛应用，近些年来在高分子材料领域也开始逐步应用，但是将焊接技术应用在复合材料中是一个新兴领域。为了应用于复合材料的连接，许多传统的连接技术正在被改进，焊接技术则是其中的一大类。复合材料焊接技术主要应用在热塑性复合材料结构的连接中。在焊接时，焊接界面处的热塑性树脂被加热到熔融状态，分子链可以自由运动，穿过界面与另一侧的分子链交联结合。当分子链之间的缠结形成的新结构与母材本体无法区分开时(即完全愈合)，界面消失进而形成一个整体，焊接过程完成。分子在界面处的扩散是随机运动，其扩散速率与界面温度呈正相关。
[0003]超声焊接是利用高频振动波(15～40kHz)传递到两个相互搭接的待焊接物体表面，在压力的作用下使搭接粘合面相互摩擦产生热量，进而使热塑性树脂熔融而形成分子层之间的熔合。超声振动是超声焊接的主要能量来源，高温只会在焊接区域的局部产生，并且整个焊接过程在很短的时间内(数秒钟)即可完成。
[0004]在复合材料的超声焊接过程中，在界面摩擦作用和分子间作用力的共同作用下导致材料加热，且界面摩擦热是该过程的起始热源，如果界面没有摩擦，焊接过程就无法开始，但一旦热塑性材料开始熔融，粘弹性热将成为焊接过程中的主要热源。一般来说复合材料超声焊接过程中的热源主要来自摩擦热和粘弹性热。在焊接初期，热塑性复合材料的刚度相对较大，且由于焊接界面处通常会有一些小的人造树脂凸面(能量导向器，又称ED)，在超声振动和焊接压力的耦合作用下，凸面的相对位移产生摩擦生成摩擦热。随着焊接的进行凸面逐渐熔化，形成一层流动的聚合物膜。然而随着焊接时间的延长摩擦产生的热量越来越少，并且现有的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜，采用现有的普通超声焊接，则容易产生气泡，焊接区域焊接不完全，并且因为耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的耐高温特点，如果提高焊接能量，则可能会烧焦薄膜或者直接焊穿，导致焊接接头强度降低。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法。利用超声波的高频振动，在压力的作用下使搭接粘合面相互摩擦产生热量致使热塑性聚芳醚酮熔融而形成分子层之间的熔合，并且利用聚芳醚酮涂层自身熔融达到焊接目的。通过异质的无机纳米颗粒材料对耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜进行处理，形成纳米颗粒凸起纹理，替代ED能够缩短焊接时间，提高焊接接头强度。
[0006]本专利技术的一种耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法，包括以下步骤：
[0007]S1：在耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的聚芳醚酮(PAEK)膜上刮涂无机纳米颗粒浆料，形成纳米颗粒凸起纹理，得到修饰的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜；
[0008]S2：修饰的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜进行加热固化，得到固化后的复合膜；其中，加热固化温度为300
‑
350℃，加热固化时间20
‑
40min；
[0009]S3：将待焊接的两个固化后的复合膜的纳米颗粒凸起纹理的一面接触，并固定，进行超声焊接，超声焊接完成后保压，得到焊接后的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜；其中，超声焊接的振幅为15～30μm，超声焊接时间为1～5s，焊接压力0.2～0.6MPa，保压时间1～10s，焊接频率为15kHz。
[0010]所述的S1中，耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜为聚酰亚胺膜表面设置有聚芳醚酮(PAEK)膜，其采用以下制备方法制得：采用等离子体刻蚀在聚酰亚胺表面接枝高分子接枝剂，再喷涂PAEK乳液后，再进行烘干
‑
高温烧结制得，其中，高分子接枝剂为与PAEK具有良好相容性的高分子接枝剂，优选为4
‑
炔基酰亚胺基封端的PAEK齐聚物。
[0011]进一步的，所述的烘干
‑
高温烧结的温度为350～420℃，时间为1～5min。
[0012]所述的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜中，聚芳醚酮(PAEK)为一类高性能的热塑性树脂，熔点340～410℃，通过改变芳醚键和芳酮键相对含量、键接顺序、分子量能够调控PAEK的结晶性、熔点、熔融粘度和高温热分解性能，优选为聚醚醚酮、聚醚酮酮或聚醚醚酮酮。
[0013]所述的S1中，无机纳米颗粒选用碳化硅纳米颗粒(SiC)、二氧化硅纳米颗粒(SiO2)和硅纳米颗粒(Si)中的一种或几种的混合，优选为碳化硅纳米颗粒。
[0014]所述的S1中，无机纳米颗粒浆料中含有无机纳米颗粒质量百分浓度占无机纳米颗粒浆料的10％～15％，其制备方法为：将无机材料研磨，将得到的无机纳米颗粒置于溶剂中超声分散，再进行筛分，得到400目筛下物；将400目筛下物加入制浆剂，加热至120
‑
130℃，超声搅拌，过筛，冷却，得到无机纳米颗粒浆料。
[0015]所述的制浆剂包括松油醇、丁基卡必醇、邻苯二甲酸二丁酯和乙基纤维素，因为混合溶剂中各组分相对含量决定了其蒸汽压的相对比值，有机载体在常温下不易挥发，高温易于挥发，松油醇和丁基卡必醇二者分压达到均衡状态时，混合溶剂的挥发性达到最小，按质量百分比，松油醇：丁基卡必醇：邻苯二甲酸二丁酯：乙基纤维素＝45wt％：45wt％：5wt％：5wt％。
[0016]所述的S1中，刮涂的方法为丝网印刷方法或喷涂纳米颗粒浆料，因为喷涂过程压缩空气，容易气孔，故优选为丝网印刷方法，其具体操作为：使用400目不同形状蒙皮模板，45
°
刮涂。
[0017]所述的S1中，纳米颗粒凸起纹理的形状为圆柱形、正方形、半球形、圆锥形或棱台形中的一种，其凸起高度为0.4mm。
[0018]所述的S3中，超声焊接中，热量和超声焊接时间呈正比，超声焊接时间越长所产生的热量就越大。这是因为超声焊接时间太短会导致无法产生足够的能量，不能形成高质量的焊接头。随着超声焊接时间的增加，焊接界面会吸收更多的能量，焊接头温度持续升高，超声焊接界面面积也会增加，焊接头的强度随之提高。然而焊接时间并不是越长越好，过长的超声焊接时间会造成焊接区域内材料热分解、变色、碳化以及溢出等破坏发生，焊接区域中熔融态的树脂流动是定向的，因此大量树脂流动甚至溢出将导致接头强度降低。
[0019]本专利技术的一种耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法，其采用上述耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接制得的焊接后的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复
合膜，界面剥离强度为160～180MPa。
[0020]本专利技术的一种耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法，其有益效果为：
[0021]1)该耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜焊接时，不需加入能量导向薄膜，可以利用聚芳醚酮膜自身熔融达到焊接目的。
[0022]2)耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的聚芳醚酮膜上刮涂无机纳米颗粒浆料，形成纳米颗粒凸起纹理，得到修饰的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜；S2：修饰的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜进行加热固化，得到固化后的复合膜；其中，加热固化温度为300
‑
350℃，加热固化时间20
‑
40min；S3：将待焊接的两个固化后的复合膜的纳米颗粒凸起纹理的一面接触，并固定，进行超声焊接，超声焊接完成后保压，得到焊接后的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜；其中，超声焊接的振幅为15～30μm，超声焊接时间为1～5s，焊接压力0.2～0.6MPa，保压时间1～10s，焊接频率为15kHz。2.根据权利要求1所述的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法，其特征在于，所述的S1中，耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜为聚酰亚胺膜表面设置有聚芳醚酮膜，其采用以下制备方法制得：采用等离子体刻蚀在聚酰亚胺表面接枝高分子接枝剂，再喷涂PAEK乳液后，再进行烘干
‑
高温烧结制得，其中，高分子接枝剂为与PAEK具有良好相容性的高分子接枝剂。3.根据权利要求2所述的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法，其特征在于，所述的烘干
‑
高温烧结的温度为350～420℃，时间为1～5min。4.根据权利要求2所述的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜的超声焊接方法，其特征在于，所述的耐高温聚酰亚胺/聚芳醚酮复合膜中，聚芳醚酮为一类高性能的热塑性树脂，熔点340～410℃，通过改变芳醚键和芳酮键相对含量、键接顺序、分子量能够调控PAEK的结晶性、熔点、熔融粘度和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，肖存勇，熊需海，陈平，姚健，任荣，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：