北京
近年來，裝備輕量化成為我國先進制造業高質量發展的關鍵戰略方向。纖維增強熱塑性復合材料（FRTP）憑借其高比強度、優異耐腐蝕性及可重復加工與回收特性，在航空航天、軌道交通及新能源汽車等高端裝備領域展現出顯著應用潛力。FRTP構件連接時，電阻焊接技術因工藝可控性強、能耗低、易于實現自動化與在線監測，被視為最具產業化前景的連接方法之一。該技術通常采用304不銹鋼網（SSM）作為嵌入式電阻加熱元件。
然而，SSM與聚酰胺66（PA66）基體間缺乏有效物理錨定與化學作用，導致界面結合強度不足；載荷作用下，裂紋優先沿SSM/樹脂界面萌生并擴展，致使接頭在SSM尚未充分發揮承載潛力時即發生界面脫粘失效。因此，通過界面調控增強結合力，使SSM轉變成能夠協同抵抗變形的承載元件，是提升FRTP電阻焊接接頭整體性能的核心任務。
近日，哈爾濱工業大學宋曉國教授團隊檀財旺教授、蘇健暉副研究員課題組提出通過構建多級界面結構，系統闡明了SSM表面微納粗糙化協同硅烷偶聯劑（APTES）接枝改性對界面結合性能的強化機制。
相關成果以“A multi-level interfacial structure between 304 stainless steel mesh heating elements and GF-PA66 for synergistic strengthening in resistance welding”為題發表于復合材料領域國際期刊Composites Part B: Engineering。哈爾濱工業大學碩士研究生陳佳怡為論文第一作者，蘇健暉副研究員為通訊作者。該工作由哈爾濱工業大學宋曉國教授團隊、新加坡國立大學Swee Leong Sing教授團隊、中車青島四方韓曉輝首席科學家團隊及北京衛星廠相關研究團隊合作完成，得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金等項目的資助。
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2026.113818
作者通過鹽酸刻蝕與硅烷偶聯劑接枝，在SSM與樹脂之間構建了一種多級界面結構，并深入分析了粗糙表面接枝硅烷層對接頭性能的強化機制。研究發現，鹽酸刻蝕形成的三維微納粗糙表面，在提供機械互鎖錨點的同時，改變了APTES的接枝行為，達成不連續結構與微納錨定點的協同作用。改性后，接頭剪切強度從28.82 MPa提升了54.16%，達到44.43 MPa，失效模式轉變為樹脂內聚斷裂與SSM協同塑性變形的混合模式，實現了SSM從被動發熱體向主動承載部件的功能轉變。同時，成功制備面向載運裝備輕量化的纖維增強復合材料工業應用級電阻焊大尺寸構件。
圖1 多級界面調控結構制備流程
圖2 不同處理下界面DMT模量分布及焊接前后SSM表面XPS分析結果
這項工作揭示了微納粗糙表面調控化學作用的新機制，明確了不連續硅烷層與機械錨定結構在空間上的協同強化作用，為理解金屬/熱塑性復合材料連接界面的多級結構設計提供了系統的實驗依據。研究深化了對“表面形貌-接枝化學-力學響應”三者關系的認識，為基于化學作用互聯結構的功能界面構筑策略在電阻焊應用拓展了理論邊界。
圖3 多級界面結構對電阻焊界面的強化機制
圖4 多級界面調控的界面強化優勢分析及制備的工業應用級大尺寸構件
本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。
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