在此背景下，实验室压力机的主要功能是同时施加热量和定向压力。它将碳纤维增强热塑性塑料 (CFRTP) 的软化热塑性基体压入铝合金板预钻的通孔中。冷却后，该材料会固化形成刚性的销状结构，从而将两种材料机械地锁在一起。
通过促进这种精确的材料流动，实验室压力机将依赖于弱摩擦的连接转变为由物理结构固定的连接，将失效模式转变为材料断裂，并显著提高承载能力。
销结构形成机制
热软化
实验室压力机利用加热的压板提高 CFRTP 材料的温度。
这种热量对于降低热塑性基体的粘度至关重要，将其从刚性固体转变为可塑、可流动的状态。
压力驱动渗透
基体软化后，实验室压力机会对组件施加特定的、高强度的力。
这种压力将熔融的热塑性材料压入铝板上钻的宏观尺寸孔中。
如果没有主动施加这种力，粘性材料就不会自然地渗透到这些腔体中达到牢固粘合所需的深度。
固化和锚固
压力机在组件冷却期间保持接触，确保材料在硬化阶段保持在孔内。
当热塑性材料恢复到固态时，它会形成与铝孔几何形状完美匹配的永久性“销”。
对连接完整性的影响
创建机械互锁
实验室压力机形成的结构创建了宏观机械互锁。
这与粘合或简单的摩擦根本不同，因为材料在物理上相互钩住。
改变失效模式
实验室压力机工艺最重要的贡献是改变连接在应力下的失效方式。
连接不会通过界面滑动（板材简单地滑开）失效，而是仅通过材料结构断裂（销或板材物理断裂）失效。
提高载荷能力
由于连接由这些销固定，因此它充当高强度粘合剂。
这种结构集成使组件能够有效地抵抗复杂的力，包括拉脱力和剥离载荷，远优于传统的卷边工艺。
理解权衡
工艺模拟与速度
虽然实验室压力机提供了研究所需的温度和压力高精度，但它本质上是一个批量过程。
它非常适合验证材料性能和模拟工业条件，但无法与工业卷边机的连续速度相媲美。
参数敏感性
销形成的成功高度依赖于压力机的特定设置。
如果温度过低或压力不足，销的形成将不完整，导致连接恢复为较弱的、基于摩擦的连接。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高宏观机械销结构的有效性，请考虑您的具体目标：
- 如果您的主要重点是最大连接强度：确保您的压力足够高，能够在基体冷却之前完全填充铝通孔。
- 如果您的主要重点是工艺验证：使用压力机的精确温度控制来确定实现流动而不降解复合基体所需的最低热量。
实验室压力机不仅仅是压缩工具；它是创造高性能复合材料连接所需内部几何形状的活性剂。
总结表：
| 工艺阶段 | 实验室压力机功能 | 最终结果 |
|---|---|---|
| 热软化 | 加热的压板降低基体粘度 | CFRTP 变得可塑且可流动 |
| 压力渗透 | 定向力将材料压入孔中 | 宏观尺寸销的形成 |
| 固化 | 在冷却阶段保持接触 | 永久性机械互锁 |
| 连接完整性 | 将失效模式转变为材料断裂 | 显著提高的载荷能力 |
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参考文献
- Yohei Abe. Hemming for improvement of joint strength in aluminium alloy and carbon fibre-reinforced thermoplastic sheets. DOI: 10.21741/9781644903254-75
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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