太原科技大学李岩/刘思远团队 碳纤维增强CF/PA6复合材料焊接

实验核心

本实验以CF/PA6复合材料为对象，采用不锈钢网作电阻焊加热元件，通过正交实验优化焊接工艺；以火焰法在金属网表面生长并纯化碳纳米管，测试接头剪切强度，结合SEM、EDS与超声检测分析微观结构与缺陷，揭示工艺参数和碳纳米管对接头强度的影响。

图1 碳纳米管网状表面生长流程图

核心结果与分析

1.电阻焊最优工艺参数确定：直观呈现焊接时间、电流、不锈钢网目数、焊接压力对接头强度的影响趋势。经正交实验确定最优工艺：焊接电流22A、焊接时间 35s、焊接压力0.3MPa、加热元件为200目不锈钢网。

图2 CF/PA6焊接接头主效应图

2.基体包裹度决定接头强度：低强度接头→基体流动性差，金属网包裹疏松、内部空隙极多；中强度接头→包裹性提升但仍存大量孔隙；高强度接头→金属网完全嵌入基体，树脂包裹紧密，界面结合最优。

图3不同条件下尼龙基体对金属网包裹程度的示意图。(A)低结合强度；(B)中等结合强度；(C)高结合强度

3.焊接接头截面微观图：接头边缘树脂挤出导致空隙多、金属丝外露；中心区域空隙更少，但PA6对金属网润湿性差，仍存在孔洞缺陷。

图4 CF/PA6焊接接头横截面的微观特征。(A)接头边缘部分；(B)接头中心部分

4.未生长/生长CNTs的金属网与基体结合对比图：未生长CNTs时界面间隙大、结合薄弱；生长CNTs后界面润湿性提升，孔隙大幅减少，接头剪切强度显著提升。

图5金属网与基底之间的结合程度。(A)未生长的碳纳米管；(B)生长中的碳纳米管