【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料加工工程，涉及一种热塑性复合材料的电阻焊接方法及实现装置。
技术介绍
1、热塑性复合材料因其轻质、高强度、可回收等特性，在航空航天、汽车制造、电子电器等领域得到了广泛应用。电阻焊接作为一种高效、环保的连接方式，尤其适用于热塑性复合材料的连接。然而，热塑性复合材料的电阻焊接过程面临着诸多挑战，其中之一便是如何实现电流在植入层中的均匀输入与稳定连接。
2、在电阻焊接过程中，植入层作为电流传输的媒介，其制备工艺和电极连接方式至关重要。目前，植入层的制备通常采用熔融浸渍法或悬浮浸渍法，使得树脂基体浸渍金属或碳纤维等导电芯层，形成浸渍良好的植入层。然而，在制备过程中，导电芯层的良好浸渍往往与电极夹持装置的稳定连接相冲突，因为树脂在浸渍导电芯层时需要施加较大的压力和流动性，这可能导致电极夹持区域被树脂覆盖，从而影响电流的稳定传输。
3、为了解决这一问题，现有的电极连接方式主要包括以下几种：
4、1、使用金属片（通常为铜片）直接夹持：例如，专利申请cn109822910a在植入层制备完成后对电极夹持区域进行处理，使导电芯层裸露，然后使用金属片夹持实现电极连接，然而，该方法需要对发热原件进行进一步处理，且处理过后的发热元件的电极夹持区域凹凸不平，存在明显的电流分布不均问题。又如，专利申请cn111086224a通过三次热压制备发热元件，将金属片热压在导电芯层上实现电极连接，然而，该方法首先过程繁琐，需要三个热压步骤才能实现发热元件的电流导入；其次，在二次热压过程中高温下熔融的树脂向周围逸散，
5、2、使用导电类产品处理连接部位后再夹持：例如，专利申请cn116685009a在使用金属片夹持的基础上使用导电胶进行再次处理，使得电流输入效率与均匀性大大提升，然而，该方法需要对发热元件进行多步处理（清除电极夹持区域多余树脂、涂覆导电胶），且使用的导电胶价格昂贵，固化时间长。又如，专利申请cn117295194a通过在发热原件的电极侧使用针刺阵列结构创造贯穿孔，然后使用导电银浆涂覆、固化形成电极，然而，使用导电银浆处理电极连接区域，导电银浆同样存在价格昂贵、固化时间长的缺陷，且其在固化后不能重复使用。
6、综上所述，现有的热塑性复合材料的电阻焊接方法在电极连接方式上存在诸多不足，亟待一种新型的电极连接方式，以实现电流在植入层中的均匀输入与稳定连接，同时降低制备成本，提高焊接质量。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种热塑性复合材料的电阻焊接方法及实现装置。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，将植入层覆盖前后两个待焊接件的搭接处，并使得植入层的左右两端暴露在待焊接区域之外后，将左右两个针刺电极阵列的刺针自上而下分别刺入植入层的左右两端的内部，使其与植入层中的导电芯层接触后，持续通电，即实现热塑性复合材料的电阻焊接；
4、针刺电极阵列中的刺针呈矩阵排列，行方向平行于前后方向，相邻两行的刺针沿行方向错位d1/2，d1为同一行中相邻两根刺针的中心距，这种排列方式使得针刺电极阵列能够均匀地覆盖目标区域，d1的取值范围为0.2-10mm，相邻两行刺针的中心沿列方向的距离d2为0.1-10mm，刺针的直径d为0.1-5mm。
5、目前，用于电阻焊接的导电芯层材料主要有三类，即宏观上导电导热各向异性材料（cf类加热原件，包括cf织物与cf单向带）、导电导热各向同性材料（不锈钢网）、导电粒子构成的导电网络（导电粒子树脂薄膜）。在实际的电阻焊接过程中受待焊接件与焊接工装的影响，针刺电极阵列的刺针结构不能完全穿透植入层形成电极连接，而只有针尖部分接触导电芯层形成导电通路，因此，刺针的直径d不宜过大，否则影响针刺排布密度，进一步影响导电效率，其值以0.1-5mm为佳。
6、在刺针的直径d确定的条件下，为了使植入层中整个导电芯层尽可能能够接触到针刺电极以达到均匀的电流分布，需要将刺针密排，即d1等于针刺直径d，这种条件下，刺针与针孔基板的集成困难因而难以实现。为了达到针刺密排时相同的电流输入均匀性效果，将针刺密排结构拆分为多行，相邻两行之间预留d2（0.1-10mm），d1的取值范围为0.2-10mm，并且相邻两行的刺针沿行方向错位d1/2，通过这样的错位多行针刺阵列结构，保证了导电芯层在同一轴向方向上与电极的直接接触，实现了植入层中电流的稳定导入与均匀分布。
7、作为优选的技术方案：
8、如上所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，刺针暴露长度h=2×d3+t+α，d3为植入层的上表面或下表面与导电芯层的间距，t为导电芯层的厚度，α为0.1-0.3mm。
9、如上所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，刺针的针尖磨尖角度θ为20-60°，θ与刺针刺入植入层所需要的力的大小息息相关，θ越小，刺针刺入植入层所需要的力越小，刺针刺入植入层所需要的力主要受限于气缸能够提供的力，气缸能够提供的力越大，其缸径越大，而工装中的位置不允许有缸径太大的气缸存在，因此θ为20-60°。
10、如上所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，针刺电极阵列由平面底板（材质与针孔基板一致）、针孔基板（材质为铜、不锈钢、铝等导电性较好的金属材料）和刺针（材质为碳钢、不锈钢等硬度较高且导电性较好的金属）组成，针孔基板和刺针均位于平面底板的下方，针孔基板与平面底板固定连接，刺针的针尖朝下，针尾嵌入针孔基板内。
11、如上所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，左针刺电极阵列的针孔基板右边缘与待焊接区域的距离为1-2mm，右针刺电极阵列的针孔基板左边缘与待焊接区域的距离为1-2mm；植入层的左右两端完全位于两个针刺电极阵列的刺针所在区域的正下方。
12、如上所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，植入层的制备步骤如下：
13、（1）在模具中，将热塑性树脂（材质包括但不限于peek、pekk、pps、pei、pa、pp等，形态为膜或粉体）覆盖在导电芯层（碳纤维布/不锈钢网等其他可用于发热的材料）的上下两侧后，进行第一次热压得到半成品；
14、（2）在模具中，将热塑性树脂覆盖在半成品的上下两侧后，进行第二次热压，待模具冷却至50℃以下后即可卸压，从压机中移出模具开模，取出植入层，后可根据焊接区域的大小使用刀具裁剪成相应尺寸供后续焊接使用；
15、每次热压的温度均高于热塑性树脂的熔融温度同时低于热塑性树脂的分解温度。
16、第一次热压可使得导电芯层得到良好浸渍，第二次热压可在焊接区域构筑富树脂层，从而免除添加厚重的绝缘层。如果只进行一次热压，要使得导电芯层得到良好浸渍，则需要提高热压的温度和压力，然而这本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，将植入层覆盖前后两个待焊接件的搭接处，并使得植入层的左右两端暴露在待焊接区域之外后，将左右两个针刺电极阵列的刺针自上而下分别刺入植入层的左右两端的内部，使其与植入层中的导电芯层接触后，持续通电，即实现热塑性复合材料的电阻焊接；
2.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，刺针暴露长度h=2×D3+T+α，D3为植入层的上表面或下表面与导电芯层的间距，T为导电芯层的厚度，α为0.1-0.3mm。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，刺针的针尖磨尖角度θ为20-60°。
4.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，针刺电极阵列由平面底板、针孔基板和刺针组成，针孔基板和刺针均位于平面底板的下方，针孔基板与平面底板固定连接，刺针的针尖朝下，针尾嵌入针孔基板内。
5.根据权利要求4所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，左针刺电极阵列的针孔基板右边缘与待焊接区域的距离为1-2mm，右针刺电极阵列的
6.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，植入层的制备步骤如下：
7.根据权利要求6所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，每次热压的温度均高于热塑性树脂的熔融温度30-50℃；第一次热压时，先在1.5-2MPa下保压30-35min，再在5-6MPa下保压15-20min；第二次热压时，在2-3MPa下保压20-30min。
8.根据权利要求1~7任一项所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，持续通电过程中，待焊接区域的温差不超过40℃；持续通电结束后，焊接接头焊合率高于90%，焊接强度为18-30MPa。
9.实现如权利要求1~8任一项所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法的装置，其特征在于，包括电源、绝缘底板（12）以及同时布置在绝缘底板（12）的正上方的绝缘施力块（10）、两个针刺电极阵列、加压装置；
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，加压装置包括两个绝缘连接块（7）、两个金属杆（6）、金属板（3）、两个金属旋钮（5）、2号气缸（2）、1号气缸（1）；
...【技术特征摘要】
1.一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，将植入层覆盖前后两个待焊接件的搭接处，并使得植入层的左右两端暴露在待焊接区域之外后，将左右两个针刺电极阵列的刺针自上而下分别刺入植入层的左右两端的内部，使其与植入层中的导电芯层接触后，持续通电，即实现热塑性复合材料的电阻焊接；
2.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，刺针暴露长度h=2×d3+t+α，d3为植入层的上表面或下表面与导电芯层的间距，t为导电芯层的厚度，α为0.1-0.3mm。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，刺针的针尖磨尖角度θ为20-60°。
4.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，针刺电极阵列由平面底板、针孔基板和刺针组成，针孔基板和刺针均位于平面底板的下方，针孔基板与平面底板固定连接，刺针的针尖朝下，针尾嵌入针孔基板内。
5.根据权利要求4所述的一种热塑性复合材料的电阻焊接方法，其特征在于，左针刺电极阵列的针孔基板右边缘与待焊接区域的距离为1-2mm，右针刺电极阵列的针孔基板左边缘与待焊接区域的距离为1-2mm；植入层的左...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱姝，赵建京，周剑锋，苏佳煜，晏松，刘超，高宇，李跃，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：
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