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多材质激光热熔焊接技术分析

导读: 汽车设计领域已经越来越多地使用到多材质结合物,例如钢、轻量化金属和塑料的结合,从而减轻汽车重量,并提升车辆性能。其中,纤维增强塑料(FRP)尤其起到了重要作用。

  汽车设计领域已经越来越多地使用到多材质结合物,例如钢、轻量化金属和塑料的结合,从而减轻汽车重量,并提升车辆性能。其中,纤维增强塑料(FRP)尤其起到了重要作用。FRP的优势是耐老化和耐腐蚀,同时兼具轻量化和高强度、硬度可根据类型及受力方向进行选择。多材质结合物的生产需要通过连接技术,而优质的多材质结合物必然要求连接技术能够实现稳定牢固的连接不同材质。多材质连接的实例在汽车内饰制造领域更为常见,高端热硬化FRP元件得到频繁使用,FRP往往与低成本热塑性塑料元件相结合,从而节约生产成本。在机械工程领域,热塑性塑料结合于CFRP元件,作为其防磨损表层。在医疗技术领域,结构更强的透X射线FRP与热塑性塑料元件相结合,用来制造医疗中使用的植入体。

  通过选择恰当的连接技术,材质的特性,例如可熔性、熔融温度范围和化学性能,便可发挥其重要作用。热固性树脂因其大分子的交叉耦合结构,而不具可熔性,因此只有FRP与热塑性塑料才能够焊接在一起。热塑性塑料和金属的熔点温度差异较大,这也会阻止其产生紧密结合。目前,多材质连接往往通过焊接或者机械连接(例如,铆接)来实现。然而,当前的这方面工艺存在缺陷性,例如,需要清洁的长时间加工、使用黏合剂及额外等待,或者连接元件所增加的额外重量。

  FRP当前可适用连接方法的欠缺,推动了德国埃朗根Bayerisches Laserzentrum有限责任公司和德国卡多尔茨堡的CrossLink Faserverbundtechnik有限责任公司研发出激光热熔焊接(简称lbSkleben)。通过这种方法,不同轻量化材质能够被稳定地互相结合在一起。加工步骤分为两步,首先进行表面的激光处理,随后是激光焊接工序。从下文的示例可以更贴近观察这种连接,特别是示例中的碳纤维增强热塑性塑料(CFRP)-热固性基材,以及热塑性塑料-金属连接。

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