本發(fā)明涉及材料加工，更為具體地，涉及一種復(fù)合材料粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣以及制備方法和評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著復(fù)合材料產(chǎn)品多元化的發(fā)展，其輕質(zhì)高強(qiáng)的特性使其應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣泛，從航空航天、汽車(chē)、運(yùn)動(dòng)器材到消費(fèi)電子結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域，輕量化研究是現(xiàn)代材料設(shè)計(jì)制造的一大主流，碳纖維等低密度非金屬?gòu)?fù)合材料具有輕量化的優(yōu)勢(shì)，是理想的輕量化材料。然而，對(duì)于消費(fèi)電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，復(fù)合材料通常不僅僅單一使用，更多的是與塑膠、金屬或其他材料配合使用，在復(fù)合材料與其他材料配合使用的過(guò)程中，由于兩者的物性不同，界面也存在差異，因此復(fù)合材料一般通過(guò)膠接或機(jī)械連接的方式與其他材料進(jìn)行連接，此時(shí)需要對(duì)兩者之間的粘接強(qiáng)度進(jìn)行可靠評(píng)價(jià)。高強(qiáng)度的粘接效果是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提，同時(shí)還有利于整體性能的提升，而準(zhǔn)確有效地評(píng)價(jià)粘接強(qiáng)度有助于粘接工藝的改進(jìn)及相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立。因此，簡(jiǎn)單可行并且結(jié)果可靠的測(cè)試方法顯得至關(guān)重要。

2、隨著ar(augmented?reality，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))/vr(virtual?reality，虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)的發(fā)展，元宇宙概念逐漸變得可能，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的輕量化結(jié)構(gòu)材料及成型工藝新需求具有巨大的想象空間，碳纖維等低密度非金屬?gòu)?fù)合材料因具有輕量化的優(yōu)勢(shì)，將在消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景。消費(fèi)電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的復(fù)雜度高、功能化集成度高，復(fù)合材料與其他屬性材料連接方式多樣，直觀評(píng)價(jià)兩者之間的粘接強(qiáng)度具有一定的難度。然而，簡(jiǎn)單而又準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)復(fù)合材料與其他材料之間的粘接強(qiáng)度對(duì)保證產(chǎn)品的可靠性具有決定性的影響。因此，提供一種直觀而又準(zhǔn)確的復(fù)合材料與其它材料粘接強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方法對(duì)于推動(dòng)復(fù)合材料在消費(fèi)電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域的應(yīng)用具有重大的意義。

3、目前，通常采用等效樣件拉拔測(cè)試方法檢驗(yàn)兩種材料之間的粘接強(qiáng)度，即兩種及以上的材料單獨(dú)加工后，在常規(guī)條件下粘接得到與待測(cè)試產(chǎn)品的等效測(cè)試件，通過(guò)對(duì)該測(cè)試件的粘接強(qiáng)度測(cè)試，從而得出對(duì)待測(cè)試產(chǎn)品的粘接強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果，該測(cè)試方法無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)具體產(chǎn)品中的粘接效果，尤其對(duì)于一體成型的產(chǎn)品件。對(duì)于復(fù)雜度較高的消費(fèi)電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件，粘接強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方法并不統(tǒng)一，一般的頂出力測(cè)試并不滿足所有的工況，而以破壞產(chǎn)品為代價(jià)的評(píng)價(jià)方法對(duì)于成本也會(huì)帶來(lái)一定的壓力。因此，建立一種普適而又準(zhǔn)確的粘接強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法對(duì)于輕量化復(fù)合材料在消費(fèi)電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域的應(yīng)用具有決定性的影響，同時(shí)也充滿著挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合材料粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣以及制備方法和評(píng)價(jià)方法，以便于解決現(xiàn)有技術(shù)中，采用等效樣件拉拔測(cè)試方法檢驗(yàn)兩種材料之間的粘接強(qiáng)度不具有普適性，不能準(zhǔn)確直觀反映復(fù)合材料成型產(chǎn)品中不同材料之間的粘接強(qiáng)度的問(wèn)題。

2、本發(fā)明提供一種復(fù)合材料粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣的制備方法，應(yīng)用于對(duì)成型產(chǎn)品中復(fù)合材料與其它材料間的粘接強(qiáng)度測(cè)試，包括如下步驟：

3、利用熱壓模具將與成型產(chǎn)品相同的復(fù)合材料制成復(fù)合材料板材；

4、將所述復(fù)合材料板材加工成與成型產(chǎn)品尺寸相同的復(fù)合材料測(cè)試樣條；

5、利用注塑模具將所述復(fù)合材料測(cè)試樣條與其它材料注塑成一體，得到粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣；其中，所述其它材料為所述成型產(chǎn)品中與所述復(fù)合材料配合的材料。

6、此外，優(yōu)選的方案是，所述復(fù)合材料為熱固復(fù)合材料或熱塑復(fù)合材料；其中，

7、所述熱固復(fù)合材料的增強(qiáng)材料為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維中的任意一種；所述熱固復(fù)合材料的增強(qiáng)材料的編織方式為單層、單向；所述熱固復(fù)合材料的基體材料為環(huán)氧樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂；

8、所述熱塑復(fù)合材料的增強(qiáng)材料為碳纖維或玻璃纖維；所述熱塑復(fù)合材料的增強(qiáng)材料的編織方式為單向帶、平紋、斜紋、緞紋中的任意一種；所述熱塑復(fù)合材料的基體材料為聚丙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚醚醚酮中的任意一種。

9、此外，優(yōu)選的方案是，所述利用熱壓模具將與成型產(chǎn)品相同的復(fù)合材料制成復(fù)合材料板材，包括：

10、當(dāng)所述復(fù)合材料為熱固復(fù)合材料時(shí)，將所述復(fù)合材料進(jìn)行預(yù)浸處理，得到復(fù)合材料預(yù)浸料；

11、采用與所述成型產(chǎn)品的成型工藝中相同的鋪層方式對(duì)所述復(fù)合材料預(yù)浸料進(jìn)行鋪層處理；

12、將完成鋪層處理的復(fù)合材料預(yù)浸料放入熱壓模具中，熱壓成型得到復(fù)合材料板材。

13、此外，優(yōu)選的方案是，在將完成鋪層處理的復(fù)合材料預(yù)浸料放入熱壓模具中，熱壓成型得到復(fù)合材料板材的過(guò)程中，

14、熱壓模具的溫度為100-160℃；

15、抽真空時(shí)間為100-300s；

16、熱壓成型的壓力為20-180kgf/c㎡；

17、熱壓成型的時(shí)間為0.5-5min。

18、此外，優(yōu)選的方案是，所述利用熱壓模具將與成型產(chǎn)品相同的復(fù)合材料制成復(fù)合材料板材，包括：

19、當(dāng)所述復(fù)合材料為熱塑復(fù)合材料時(shí)，將所述復(fù)合材料的片材放入熱壓模具中，通過(guò)與所述成型產(chǎn)品的熱壓成型工藝相同的熱壓成型工藝制得復(fù)合材料板材；其中，所述熱壓成型工藝為紅外加熱結(jié)合模壓成型工藝或急冷急熱成型工藝；

20、當(dāng)采用所述紅外加熱結(jié)合模壓成型工藝時(shí)，紅外加熱的溫度為300-600℃；紅外加熱的時(shí)間為10-100s；熱壓模具的溫度為40-200℃；熱壓成型的壓力為20-180kgf/c㎡；熱壓成型的時(shí)間為0.5-5min；

21、當(dāng)采用所述急冷急熱成型工藝時(shí)，熱壓模具在1-10min內(nèi)溫度升至150-300℃；熱壓成型的壓力為20-180kgf/c㎡；熱壓成型的時(shí)間為0.5-5min，熱壓成型后在1-10min內(nèi)降溫至100℃以下。

22、此外，優(yōu)選的方案是，將所述復(fù)合材料板材加工成與成型產(chǎn)品尺寸相同的復(fù)合材料測(cè)試樣條，包括：

23、將所述復(fù)合材料板材放入cnc切割工裝中，設(shè)置與成型產(chǎn)品尺寸相同的切割程序，對(duì)所述復(fù)合材料板材進(jìn)行加工，以得到復(fù)合材料測(cè)試樣條；其中，

24、所述cnc切割工裝的底板為導(dǎo)磁材料內(nèi)嵌鋁板形式，放置所述復(fù)合材料板材的蓋板與所述底板由強(qiáng)磁壓合，每4pcs復(fù)合材料板材共用一個(gè)蓋板的壓合區(qū)域；

25、加工得到的相鄰的復(fù)合材料測(cè)試樣條之間的間距≥5mm。

26、此外，優(yōu)選的方案是，所述利用注塑模具將所述復(fù)合材料測(cè)試樣條與其它材料注塑成一體，得到粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣，包括：

27、根據(jù)粘接強(qiáng)度測(cè)試類(lèi)型，確定所述復(fù)合材料測(cè)試樣條的粘接面的尺寸；其中，所述粘接強(qiáng)度測(cè)試類(lèi)型包括剪切強(qiáng)度測(cè)試和拉拔強(qiáng)度測(cè)試；用于所述剪切強(qiáng)度測(cè)試的復(fù)合材料測(cè)試樣條的粘接面的尺寸為10*5mm；用于所述拉拔強(qiáng)度測(cè)試的復(fù)合材料測(cè)試樣條的粘接面的尺寸為10*10mm；

28、對(duì)所述復(fù)合材料測(cè)試樣條的粘接面進(jìn)行表面處理；其中，所述表面處理為噴砂或打磨；當(dāng)采用所述噴砂對(duì)所述復(fù)合材料測(cè)試樣條的粘接面進(jìn)行表面處理時(shí)，采用粒徑為40-80目的白剛玉砂，噴砂壓力為0.2-0.8mpa；當(dāng)采用所述打磨對(duì)所述復(fù)合材料測(cè)試樣條的粘接面進(jìn)行表面處理時(shí)，采用400-2000目的砂紙；

29、將經(jīng)過(guò)所述表面處理的復(fù)合材料測(cè)試樣條放入注塑模具中，并注塑其它材料，以使經(jīng)過(guò)表面處理的復(fù)合材料測(cè)試樣條與其它材料形成一體，得到粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣；其中，

30、在注塑過(guò)程中，螺桿的溫度為200-320℃，注射壓力為50-200mpa，注塑模具的溫度為80-120℃；

31、所述粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣包括剪切強(qiáng)度測(cè)試試樣和拉拔強(qiáng)度測(cè)試試樣；

32、所述其它材料為聚碳酸酯、聚丙烯、聚氨酯、硅橡膠、尼龍、聚碳酸酯、abs中的任意一種。

33、此外，優(yōu)選的方案是，在利用注塑模具將所述復(fù)合材料測(cè)試樣條與其它材料注塑成一體，得到粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣的過(guò)程中，

34、當(dāng)所述復(fù)合材料測(cè)試樣條為通過(guò)熱固復(fù)合材料加工得到時(shí)，在將所述復(fù)合材料測(cè)試樣條放入注塑模具前，對(duì)所述復(fù)合材料測(cè)試樣條進(jìn)行底涂處理；其中，在所述底涂處理的過(guò)程中，

35、使用底涂機(jī)對(duì)所述復(fù)合材料測(cè)試樣條進(jìn)行底涂處理；其中，采用的底涂劑為環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)、丙烯酸酯類(lèi)、聚氨酯類(lèi)中的任意一種或至少兩種；所述復(fù)合材料測(cè)試樣條的底涂劑厚度與所述成型產(chǎn)品中的膠厚相同；

36、將底涂后的復(fù)合材料測(cè)試樣條放入真空烘箱進(jìn)行抽真空烘烤，得到熱固復(fù)合材料中間產(chǎn)品；其中，抽真空烘烤的溫度為80-120℃，時(shí)間為0.5-3h；

37、將所述熱固復(fù)合材料中間產(chǎn)品放入注塑模具；

38、當(dāng)所述復(fù)合材料測(cè)試樣條為通過(guò)熱塑復(fù)合材料加工得到時(shí)，將所述復(fù)合材料測(cè)試樣條放入注塑模具，利用所述注塑模具將所述復(fù)合材料測(cè)試樣條與其它材料注塑成一體，得到粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣；其中，在注塑過(guò)程中，采用的注塑料與所述熱塑復(fù)合材料中的基體材料為同種材料。

39、本發(fā)明提供一種復(fù)合材料粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣，采用如上所述的復(fù)合材料粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣的制備方法制備得到。

40、本發(fā)明提供一種復(fù)合材料成型產(chǎn)品的粘接強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟：

41、采用如上所述的復(fù)合材料粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣的制備方法制備與待評(píng)價(jià)成型產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣；

42、將制備得到與待評(píng)價(jià)成型產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣放入萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)夾具中，分別對(duì)所述粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣進(jìn)行剪切強(qiáng)度測(cè)試和拉拔強(qiáng)度測(cè)試，以得到剪切強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果和拉拔強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果；其中，在所述剪切強(qiáng)度測(cè)試和拉拔強(qiáng)度測(cè)試過(guò)程中，所述剪切強(qiáng)度的計(jì)算公式為τ1＝f/a，所述拉拔強(qiáng)度的計(jì)算公式為τ2＝f/a；其中，τ1為剪切強(qiáng)度，τ2為拉拔強(qiáng)度，f為粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣破壞時(shí)的載荷，a為復(fù)合材料與其他材料的粘接面的面積；

43、將所述剪切強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果和所述拉拔強(qiáng)度測(cè)試測(cè)試結(jié)果，作為所述待評(píng)價(jià)成型產(chǎn)品的粘接強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果。

44、從上面的技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的復(fù)合材料粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣以及制備方法和評(píng)價(jià)方法，通過(guò)利用熱壓模具將與成型產(chǎn)品相同的復(fù)合材料制成復(fù)合材料板材；然后將復(fù)合材料板材加工成與成型產(chǎn)品尺寸相同的復(fù)合材料測(cè)試樣條；再利用注塑模具將復(fù)合材料測(cè)試樣條與成型產(chǎn)品中與復(fù)合材料配合的其它材料注塑成一體，從而得到粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣。將該粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣用于對(duì)成型產(chǎn)品中復(fù)合材料與其它材料間的粘接強(qiáng)度測(cè)試評(píng)價(jià)，由于其成型工藝與成型產(chǎn)品的成型工藝一致，從而能夠直觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)成型產(chǎn)品的粘接效果，幾乎可適用于所有對(duì)高復(fù)雜度消費(fèi)電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的復(fù)合材料與其它材料的粘接強(qiáng)度評(píng)價(jià)中，熱固性和熱塑性復(fù)合材料都可適用，適用性廣泛，具有普適性；尤其適用于對(duì)復(fù)合材料嵌件注塑結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的粘接強(qiáng)度的評(píng)價(jià)，采用本發(fā)明提供的方法制得的粘接強(qiáng)度測(cè)試試樣能夠有效避免后加工對(duì)粘接強(qiáng)度評(píng)價(jià)的影響，相比于現(xiàn)有的復(fù)合材料粘接強(qiáng)度測(cè)試方法，本發(fā)明具有更加準(zhǔn)確合理評(píng)價(jià)具體產(chǎn)品中的粘接強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明在消費(fèi)電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域的應(yīng)用具有突破性的指導(dǎo)意義。

45、為了實(shí)現(xiàn)上述以及相關(guān)目的，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面包括后面將詳細(xì)說(shuō)明的特征。下面的說(shuō)明以及附圖詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的某些示例性方面。然而，這些方面指示的僅僅是可使用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些方式。此外，本發(fā)明旨在包括所有這些方面以及它們的等同物。