【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚氨酯复合材料焊接，具体涉及一种高强有机纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法。
技术介绍
1、蒙皮材料的选择、制备和复合对柔性飞行器的最终性能有着至关重要的影响。飞艇材料结构强度的评估与预报已成为该领域的关键问题。目前，在临近空间飞艇的实验和应用过程中，发现用于评估飞艇安全系数或耐压性的材料体强度不可靠，无法给出真实准确的飞艇结构压力值，导致在地面或飞行试验中发生意外爆炸。
2、飞艇热合技术是飞艇蒙皮加工的核心技术之一。蒙皮的密封性好、力学性能高、焊接操作性好以及生产高效是优质热合技术的重要特点，现有的飞艇外蒙皮几乎全是由多幅复合材料热合焊接而成，因此合理利用已有的热合技术对于飞艇蒙皮加工来说非常重要。蒙皮材料由承力层、防护层和气密层组成，具有高强、高气密、轻质、耐久等优点。
3、高频焊(radio frequency welding)也称介电焊(dielectric welding)，是一种利用极性塑料在高频电场作用下的介电滞后损耗产生内部发热进行焊接的方法，塑料的高频焊接是指利用高频能量作用于材料的连接区域，使材料极性分子在高频电场下发生频繁振动产生热量，使得介于电极之间的塑料材料同时达到熔化状态，进而达到将两个材料焊接在一起的目的。在快速交变电场中，极性基团试图与电场方向取向一致造成分子间摩擦和发热。
4、其过程原理如下：把电介质(绝缘体)放在两块平行的电极板之间，加上高频电压，这时电介质中的分子形成两端具有等量正负电荷的偶极子。刚开始时形成的偶极子排列呈不规则状态
5、具有一定偶极矩(通常0.5德拜以上)的聚合物在高频电场的作用下，极性分子按照与电场相反的方向排列，产生取向极化(偶极极化dipole polarization)，即分子中的正电荷转向负极，负电荷转向正极。如电场方向发生改变，则电荷的移动方向也随之改变。当外加电场频率增加时，取向电极会滞后于电场变化而有相位差变化。相位滞后(phase lag)表明：完成偶极取向极化时需要克服分子作用所产生的阻力，而克服阻力需要消耗能量。这种能量的消耗，通常以一部分电场能转化为热能的形式放出。在高频电场中偶极的平凡取向使分子链频繁震动摩擦，塑料内部发热升温直至熔融，在焊具电极压力作用下相互结合在一起。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决纤维增强热塑性聚氨酯复合材料在用于飞艇蒙皮材料制作过程中，对焊接强度和各项性能要求高，而传统的焊接技术很难达到飞艇蒙皮材料焊接强度的前提下，通过改进优化焊接方法，并加入焊接加强剂，提供了一种纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法，具体包括如下步骤：
2、①将2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇加入溶剂稀释，随后在搅拌下缓缓加入双(异氰酸根合甲基)苯的聚合物，配制成焊接加强剂；
3、②将两块待焊接纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的背面刷涂焊接加强剂，待溶剂挥发后，将两块待焊接纤维增强热塑性聚氨酯复合材料轻轻贴在一起，往复辊压；
4、③在焊机频率为26～28mhz，气源压力为0.3mpa～0.5mpa，焊接电压为220～240v,熔接电流0.45～1.7a的条件下熔接8～25s，焊接完成后定型8～12s，得到焊接后的纤维增强热塑性聚氨酯复合材料。
5、其中，所述焊接加强剂按照焊接材料的接触面积算，涂刷量为10～100mg/cm2。
6、其中，所述溶剂为丙酮或者乙酸乙酯。
7、其中，所述纤维增强热塑性聚氨酯复合材料中，聚氨酯为亨斯迈irograna85p4394热塑性聚氨酯，纤维为vectran纤维。
8、其中，所述纤维增强热塑性聚氨酯复合材料制备方法如下：
9、(1)将亨斯迈irograna 85p 4394热塑性聚氨酯膜和vectran纤维分别放置于层压复合机第一放卷和第二放卷位置；将tpu胶黏剂加入到层压复合机的浸胶槽中，开启烘道送风，送风温度为40～60℃；
10、(2)开启层压复合机，在80-180℃，压力0.1-0.5mpa，速度1-12m/min的条件下，使亨斯迈irograna 85p 4394热塑性聚氨酯膜和vectran纤维材料在平展状态下匀速通过表面处理单元、涂胶单元和复合单元，实现层压复合及收卷，得到自制纤维增强热塑性聚氨酯复合材料。
11、其中，所述2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇与双(异氰酸根合甲基)苯的聚合物的质量比为(1～3):1，整个溶液中，固含量占10～40％。
12、有益效果
13、本专利技术采用高频焊接的技术，通过高频焊接条件和焊接加强剂混合使用，使得纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的焊接强度有很大的提升。
14、本专利技术前期在高频焊接不同工艺参数、不同的焊接加强剂的条件下，以vectran聚芳酯纤维为增强体，与热塑性聚氨酯基体相结合，组成复合材料，通过单轴拉伸实验考察不同焊接工艺对拉伸强度的影响，以及通过剥离实验来考察不同焊接工艺对其剥离强度的影响。另外通过100次循环实验来模拟环境对纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的影响，进一步循环加载后单轴拉伸的强度变化。通过扫描电镜来分析不同工艺参数、有无焊接加强剂纤维与树脂的界面形貌。
15、(1)通过单轴拉伸和单轴循环拉伸的对比可知，样条在循环之后的拉伸强度下降，可知循环降低了材料的拉伸强度，这可能是因为材料经过循环后整体受到损伤，从而使拉伸强度下降。
16、(2)添加了本专利技术制备的焊接加强剂后，材料的拉伸强度显著提升。这可能是焊接加强剂添加后纤维与树脂之间的结合更好，从而提高纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的拉伸强度。焊接加强剂添加过多的话，导致纤维和聚氨酯贴合不好，从而降低其拉伸强度。剥离强度与拉伸强度的结果也相近。电镜扫描图也充分证明了这个结论。
17、本专利技术所述的焊接加强剂具有制备成本低、不损坏纤维、能够显著提高纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的焊接强度，具有很强的实用性。
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1.一种纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法，其特征在于：所述焊接加强剂按照焊接材料的接触面积算，涂刷量为10～100mg/cm2。
3.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法，其特征在于：所述溶剂为丙酮或者乙酸乙酯。
4.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法，其特征在于：所述纤维增强热塑性聚氨酯复合材料中，聚氨酯为亨斯迈IROGRANA 85P4394热塑性聚氨酯，纤维为Vectran纤维。
5.根据权利要求4所述的纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法，其特征在于：所述纤维增强热塑性聚氨酯复合材料制备方法如下：
6.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法，其特征在于：所述2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇与双(异氰酸根合甲基)苯的聚合物的质量比为(1～3):1，整个溶液中，固含量占10～40％。
【技术特征摘要】
1.一种纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法，其特征在于：所述焊接加强剂按照焊接材料的接触面积算，涂刷量为10～100mg/cm2。
3.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法，其特征在于：所述溶剂为丙酮或者乙酸乙酯。
4.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性聚氨酯复合材料的高强度焊接方法，其特征在于：所述纤维增强...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘羽熙，韩全顺，荆祥海，吴剑桥，林国昌，王雨博，王威，黄加强，艾婧，刁东东，兰旭，何祝云，
申请(专利权)人：滁州学院，
类型：发明
国别省市：
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