本發(fā)明是有關(guān)于一種熱塑性纖維復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法，且特別是有關(guān)于一種利用熱塑性纖維復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法的硬殼式中空結(jié)構(gòu)體的制造方法。

背景技術(shù)：

1、碳纖維復(fù)材等熱塑性纖維復(fù)合材料，具有可回收利用、高溫使用性能佳及抗沖擊韌性高等優(yōu)勢，因此，被大量使用于自行車及航空等產(chǎn)業(yè)，使成為低成本化和高性能化的重要方向。

2、目前，熱塑性復(fù)合材料常用的幾種焊接技術(shù)中，感應(yīng)焊接(induction?welding)由于具有成本低、可連續(xù)自動化及可同質(zhì)接口焊接等眾多優(yōu)勢。因此，感應(yīng)焊接特別適合于熱塑性纖維復(fù)合材料構(gòu)件的接合，該感應(yīng)焊接的原理為：通過一感應(yīng)線圈對要進(jìn)行結(jié)合的兩工件(例如碳纖維復(fù)合材料)升溫，使該兩工件之間的接觸面產(chǎn)生熔融，進(jìn)而使該兩工件相互接合。

3、碳纖維復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)件，其中碳纖維管應(yīng)用面廣闊，具有高強度、低密度、壽命長等特性，制品已被許多行業(yè)所接受，包括自行車架、汽車防撞架、飛機管道、小機翼結(jié)構(gòu)、襟翼、翅片等。這些具有硬殼式(monocoque)中空結(jié)構(gòu)體的部件，可以將浸漬纖維片被稱為預(yù)浸布，通?？梢栽谀＞咧?，加熱和加壓下固化成形。中空部分可使用充氣囊來提供壓實壓力，常常會因壓力分布不均勻而導(dǎo)致皺紋，進(jìn)一步導(dǎo)致樹脂不均和高空隙區(qū)域。

4、因此，便有需要提供一種熱塑性纖維復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法及硬殼式中空結(jié)構(gòu)體的制造方法，能夠解決前述的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一目的是提供一種熱塑性纖維復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法，其具有預(yù)熱的感應(yīng)焊接的接合強度較大于無預(yù)熱的感應(yīng)焊接的接合強度。

2、依據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種熱塑性纖維復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法，包括下列步驟：提供一第一碳纖維復(fù)材層，其包括一第一熱塑性樹脂及至少一第一碳纖維布，該至少一第一碳纖維布位于該第一熱塑性樹脂內(nèi)；提供一第二碳纖維復(fù)材層，其包括一第二熱塑性樹脂及至少一第二碳纖維布，該至少一第二碳纖維布位于該第二熱塑性樹脂內(nèi)；提供一感應(yīng)片及一第三熱塑性樹脂，其中該感應(yīng)片位于該第三熱塑性樹脂內(nèi)，且該感應(yīng)片為一種受到電磁場感應(yīng)發(fā)熱的材料；將該第一碳纖維復(fù)材層、含有該感應(yīng)片的該第三熱塑性樹脂及該第二碳纖維復(fù)材層依序疊放而形成一疊層；以對該疊層進(jìn)行感應(yīng)焊接前的預(yù)熱，其中該預(yù)熱的一預(yù)熱溫度小于或等于該第三熱塑性樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，且大于或等于該第三熱塑性樹脂的60％的玻璃轉(zhuǎn)化溫度；以及控制一感應(yīng)線圈對該至少一第一碳纖維布、該感應(yīng)片、及該至少一第二碳纖維布加熱，直到該感應(yīng)片升溫至超過該第三熱塑性樹脂的熔點，并使位于該至少一第一碳纖維布與該感應(yīng)片之間的該第一熱塑性樹脂，以及位于該至少一第二碳纖維布與該感應(yīng)片之間的該第二熱塑性樹脂，分別形成熔融狀態(tài)，而讓該第一及第二熱塑性樹脂分別與該第三熱塑性樹脂相互接合，以完成該熱塑性纖維復(fù)合材料的感應(yīng)焊接。

3、可選地，該感應(yīng)片選自碳鋼、不銹鋼、鋁合金及碳纖維布的其中一。

4、可選地，當(dāng)該感應(yīng)片為碳纖維布時，該預(yù)熱溫度為120～190℃。

5、可選地，該預(yù)熱是以一預(yù)熱器來進(jìn)行，且該預(yù)熱器包括熱風(fēng)槍。

6、可選地，根據(jù)一工藝參數(shù)控制該感應(yīng)線圈對該第一碳纖維布、該感應(yīng)片及該第二碳纖維布加熱，該工藝參數(shù)為電磁頻率150～400khz、感應(yīng)時間15～120秒、感應(yīng)電流18～20安培、預(yù)熱時間15～120秒、預(yù)熱電流12～16安培，以及該感應(yīng)線圈與該第一碳纖維復(fù)材層的距離為1～4mm。

7、本發(fā)明更提供一種硬殼式中空結(jié)構(gòu)體的制造方法，包括下列步驟：提供一第一碳纖維復(fù)材層，其包括一第一熱塑性樹脂及至少一第一碳纖維布，該至少一第一碳纖維布位于該第一熱塑性樹脂內(nèi)；將該第一碳纖維復(fù)材層熱壓成形制作成一第一半殼結(jié)構(gòu)體，該第一半殼結(jié)構(gòu)體具有兩個第一端緣；提供一第二碳纖維復(fù)材層，其包括一第二熱塑性樹脂及至少一第二碳纖維布，該至少一第二碳纖維布位于該第二熱塑性樹脂內(nèi)；將該第二碳纖維復(fù)材層熱壓成形制作成一第二半殼結(jié)構(gòu)體，該第二半殼結(jié)構(gòu)體具有兩個第二端緣；提供一第一感應(yīng)片及一第三熱塑性樹脂，其中該第一感應(yīng)片位于該第三熱塑性樹脂內(nèi)，且該第一感應(yīng)片為一種受到電磁場感應(yīng)發(fā)熱的材料；將該第一半殼結(jié)構(gòu)的該第一端緣、含有該第一感應(yīng)片的該第三熱塑性樹脂、及該第二半殼結(jié)構(gòu)的該第二端緣依序疊放而形成一第一疊層；對該第一疊層進(jìn)行一第一預(yù)熱，該第一預(yù)熱的一預(yù)熱溫度小于或等于該第三熱塑性樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，且大于或等于該第三熱塑性樹脂的60％的玻璃轉(zhuǎn)化溫度；以及控制一感應(yīng)線圈將位于該第一端緣的該至少一第一碳纖維布、該第一感應(yīng)片、及位于該第二端緣的該至少一第二碳纖維布加熱，直到該第一感應(yīng)片升溫至超過該第三熱塑性樹脂的熔點，并使位于該至少一第一碳纖維布與該第一感應(yīng)片之間的該第一熱塑性樹脂，以及位于該至少一第二碳纖維布與該第一感應(yīng)片之間的該第二熱塑性樹脂，分別形成熔融狀態(tài)，而讓該第一及第二熱塑性樹脂分別與該第三熱塑性樹脂相互接合，以完成該第一及第二半殼結(jié)構(gòu)體的端緣的第一次感應(yīng)焊接。

8、可選地，進(jìn)一步包括下列步驟：提供一第二感應(yīng)片及一第四熱塑性樹脂，其中該第二感應(yīng)片位于該第四熱塑性樹脂內(nèi)，且該第二感應(yīng)片為一種受到電磁場感應(yīng)發(fā)熱的材料；將該第一半殼結(jié)構(gòu)的該第一端緣、該兩個含有該第二感應(yīng)片的該第四熱塑性樹脂、及該第二半殼結(jié)構(gòu)的該第二端緣分別依序疊放而形成一第二疊層；對該第二疊層進(jìn)行一第二預(yù)熱，該第二預(yù)熱的一預(yù)熱溫度小于或等于該第四熱塑性樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，且大于或等于該第四熱塑性樹脂的60％的玻璃轉(zhuǎn)化溫度；以及控制該感應(yīng)線圈將位于該第一端緣的該至少一第一碳纖維布、該第二感應(yīng)片、及位于該第二端緣的該至少一第二碳纖維布加熱，直到該第二感應(yīng)片升溫至超過該第四熱塑性樹脂的熔點，并使位于該至少一第一碳纖維布與該第二感應(yīng)片之間的該第一熱塑性樹脂，以及位于該至少一第二碳纖維布與該第二感應(yīng)片之間的該第二熱塑性樹脂，分別形成熔融狀態(tài)，而讓該第一及第二熱塑性樹脂分別與該第四熱塑性樹脂相互接合，以完成該第一及第二半殼結(jié)構(gòu)體的端緣的第二次感應(yīng)焊接，進(jìn)而完成一硬殼式中空結(jié)構(gòu)體。

9、可選地，該感應(yīng)片選自碳鋼、不銹鋼、鋁合金及碳纖維布的其中一。

10、可選地，當(dāng)該感應(yīng)片為碳纖維布時，該預(yù)熱溫度為120～190℃。

11、可選地，該第一端緣及該第二端緣之間的搭接形態(tài)為階梯狀切齊的剖面。

12、本發(fā)明的熱塑性纖維復(fù)合材料可通過預(yù)浸碳纖維布疊層熱壓方式制作而成，并通過熱壓成形制作一半殼結(jié)構(gòu)體，將該半殼結(jié)構(gòu)體的端緣加工后，可以與另一半殼結(jié)構(gòu)體進(jìn)行接合。然后，通過容易感應(yīng)發(fā)熱的材料埋入二個碳纖維復(fù)材層的界面，并控制感應(yīng)焊接工藝參數(shù)，搭配感應(yīng)焊接設(shè)備使二個碳纖維復(fù)材層可被連續(xù)性的熔接，以完成一個硬殼式中空結(jié)構(gòu)體。再者，通過二段式程控進(jìn)行預(yù)熱后再進(jìn)行感應(yīng)焊接，此時具有預(yù)熱的感應(yīng)焊接的接合強度較大于無預(yù)熱的感應(yīng)焊接的接合強度。

技術(shù)特征：

1.一種熱塑性纖維復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法，其特征在于，包括下列步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的熱塑性復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法，其特征在于，該感應(yīng)片選自碳鋼、不銹鋼、鋁合金及碳纖維布的其中一。

3.如權(quán)利要求2所述的熱塑性復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法，其特征在于，當(dāng)該感應(yīng)片為碳纖維布時，該預(yù)熱溫度為120～190℃。

4.如權(quán)利要求3所述的熱塑性復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法，其特征在于，該預(yù)熱是以一預(yù)熱器來進(jìn)行，且該預(yù)熱器包括熱風(fēng)槍。

5.如權(quán)利要求1所述的熱塑性復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法，其特征在于，根據(jù)一工藝參數(shù)控制該感應(yīng)線圈對該第一碳纖維布、該感應(yīng)片及該第二碳纖維布加熱，該工藝參數(shù)為電磁頻率150～400khz、感應(yīng)時間15～120秒、感應(yīng)電流18～20安培、預(yù)熱時間15～120秒、預(yù)熱電流12～16安培，以及該感應(yīng)線圈與該第一碳纖維復(fù)材層的距離為1～4mm。

6.一種硬殼式中空結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，包括下列步驟：

7.如權(quán)利要求6所述的硬殼式中空結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下列步驟：提供一第二感應(yīng)片及一第四熱塑性樹脂，其中該第二感應(yīng)片位于該第四熱塑性樹脂內(nèi)，且該第二感應(yīng)片為一種受到電磁場感應(yīng)發(fā)熱的材料；

8.如權(quán)利要求7所述的硬殼式中空結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，該感應(yīng)片選自碳鋼、不銹鋼、鋁合金及碳纖維布的其中一。

9.如權(quán)利要求8所述的硬殼式中空結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，當(dāng)該感應(yīng)片為碳纖維布時，該預(yù)熱溫度為120～190℃。

10.如權(quán)利要求9所述的硬殼式中空結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，該第一端緣及該第二端緣之間的搭接形態(tài)為階梯狀切齊的剖面。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種熱塑性纖維復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法及硬殼式中空結(jié)構(gòu)體的制造方法，該熱塑性纖維復(fù)合材料的感應(yīng)焊接方法，包括：將第一碳纖維復(fù)材層、含有感應(yīng)片的第三熱塑性樹脂及第二碳纖維復(fù)材層依序疊放而形成一疊層；對該疊層進(jìn)行感應(yīng)焊接前的預(yù)熱；以及對該第一碳纖維布、該感應(yīng)片、及該第二碳纖維布加熱，直到該感應(yīng)片升溫至超過該第三熱塑性樹脂的熔點，并使位于該第一碳纖維布與該感應(yīng)片之間的該第一熱塑性樹脂，以及位于該第二碳纖維布與該感應(yīng)片之間的該第二熱塑性樹脂，分別形成熔融狀態(tài)，而讓該第一及第二熱塑性樹脂分別與該第三熱塑性樹脂相互接合。本方法具有預(yù)熱的感應(yīng)焊接的接合強度較大于無預(yù)熱的感應(yīng)焊接的接合強度。

技術(shù)研發(fā)人員：黃彥霖,洪博煜,江祺璟,江昀宸,莊明樺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：財團法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19