檀財旺教授團隊研究成果在復(fù)合材料領(lǐng)域頂刊《Composites Part B: Engineering》發(fā)表

近日，校區(qū)材料科學與工程學院檀財旺教授團隊在金屬與熱塑性復(fù)合材料激光焊接領(lǐng)域取得重要研究進展，提出了一種通過化學合成功能性高分子結(jié)構(gòu)定向誘導高密度二次交互作用的界面調(diào)控手段，實現(xiàn)焊接接頭強度顯著提升。相關(guān)成果以《功能性席夫堿聚合物定向誘導高密度二次交互作用提升TC4/CFRTP激光連接接頭可靠性》（Directionally induced high-density secondary interaction for enhancing the bonding reliability of titanium alloy and CFRTP via functional Schiff base-contained polymer）為題發(fā)表在復(fù)合材料領(lǐng)域頂刊《Composites Part B: Engineering》(中科院1區(qū)TOP期刊，影響因子13.1)上。校區(qū)春雁英才計劃入選者博士研究生蘇健暉為第一作者，檀財旺教授、宋曉國教授為論文通訊作者。該項目得到了國家自然科學基金、山東省優(yōu)青、哈工大青年拔尖人才、中車研究院等基金的資助。

近年來，裝備輕量化成為我國工業(yè)制造發(fā)展的必然趨勢?；?/span>“環(huán)保、先進、安全”的設(shè)計理念，以碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料局部替換輕質(zhì)合金的多材料復(fù)合結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)局部減重30-40%，成為裝備輕量化的主要實現(xiàn)形式，在航空航天、軌道交通、汽車、醫(yī)療等輕量化行業(yè)具有廣泛應(yīng)用前景。熱塑性復(fù)合材料和金屬兩種熱物理性能差異巨大的材料直接高強度連接，成為異質(zhì)材料連接領(lǐng)域的研究熱點。激光連接作為工業(yè)適用性較強的熱連接工藝，通過優(yōu)化工藝窗口及施加界面壓力可使這兩種材料達成可靠連接，但直接連接的接頭強度較低，因此需要界面調(diào)控。

針對目前調(diào)控機械嵌合機制的微織構(gòu)引入加工時間長、調(diào)控化學鍵合機制的界面鍵合誘導困難等局限，團隊提出根據(jù)金屬及熱塑性復(fù)合材料的原子及官能團組成，利用化學合成手段制備功能性席夫堿聚合物，以定向誘導界面高密度二次交互作用的接頭強化設(shè)計理念。引入的納米級功能性席夫堿高分子結(jié)構(gòu)在激光連接過程中，對TC4鈦合金內(nèi)鈦原子與碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料內(nèi)極性官能團實現(xiàn)了高密度二次交互作用的定向誘導。通過傅立葉紅外光譜對交互作用進行精確捕捉與鑒定，并通過第一性原理分析，進一步驗證了作用機理及調(diào)控的定向性。改性的鈦合金/熱塑性復(fù)合材料激光連接接頭性能提升了287%。同時，該技術(shù)的成本/效益系數(shù)低于目前界面強化研究領(lǐng)域報道的平均水平，具有較好的市場應(yīng)用前景，目前已成功制備出工業(yè)可應(yīng)用的大尺寸構(gòu)件。該技術(shù)為金屬/熱塑性復(fù)合材料熱連接界面定向調(diào)控提供了新思路，為界面的二次交互作用的定向誘導、鑒定及驗證奠定了理論基礎(chǔ)。

 合成的功能性席夫堿聚合物定向調(diào)控工藝示意圖及界面作用機理

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111316