CN115975087A - 一种功能性席夫碱高分子聚合物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种功能性席夫碱高分子聚合物及其制备方法与应用，属于金属/热塑性复合材料热连接界面调控技术领域。为解决现有调控方法对界面连接强度提升效果差的问题，本发明提供了一种功能性席夫碱高分子聚合物的制备方法，将甲基丙烯酰氯溶液滴加至香草醛溶液中并室温搅拌得到甲基丙烯酸香草酯醛；将甲基丙烯酸香草酯醛溶解在乙酸乙酯溶液中并加入偶氮二异丁腈，搅拌得到聚甲基丙烯酸香草醛酯；向聚甲基丙烯酸香草醛酯中加入4‑氨基苯甲酸乙酯，搅拌后得到功能性席夫碱高分子聚合物；将其应用到金属与热塑性复合材料热连接界面化学尺度定向调控中，实现了界面连接强度的显著提升；调控过程简单方便、适用于多种热连接工艺，适应性强。
Description
技术领域
本发明属于金属/热塑性复合材料热连接界面调控技术领域，尤其涉及一种功能性席夫碱高分子聚合物及其制备方法与应用。
背景技术
“降碳增效”是近年来航空航天、轨道交通、汽车、医疗等先进制造领域发展的主题。“重量”是先进制造装备的关键参数，事关整体运行能源消耗与承载的动力学性能和结构性能。从性能需求和全寿命周期成本来看，轻量化是优化装备综合性能、降低全寿命周期运维成本的重要手段。相较于异种金属材料连接的轻量化结构，以金属/热塑复材为主的多材料复合结构已成为当前装备轻量化攻关的主要实现形式，可实现装备局部结构减重30-40％的目标，对推动工业轻量化和节能减排具有现实意义。
但是，金属材料晶体结构与树脂基高分子链热物理性能差异显著，界面冶金结合与化学成键难于传统异种金属材料的连接机制。相较于机械铆接、胶接等冷连接工艺的增重及环境污染问题，以激光连接、搅拌摩擦连接、热压连接为主的热连接工艺因具备高效、环境污染小及工艺降重等优点已成为当前金属与热塑性复合材料连接的主要实现形式，并成为国内外研究的热点。然而，仅依靠连接工艺优化对金属与热塑性复合材料热连接界面结合强度的提升存在一定的限度。因此，依靠针对界面连接机制的界面调控手段对于界面结合强度的进一步提升就显得尤为重要。
申请号为202111403530.7的发明专利申请《一种提高金属件与塑料件激光连接强度的装置和方法》通过激光毛化的手段在金属表面制备微结构促进热塑性复合材料在金属表面的机械嵌合以实现接头的强度提升，但是微结构制备周期较长，且引入的微结构对于强度提升具有一定限度。
申请号为201610590686.3的发明专利申请《一种塑料和金属异质结构的连接方法》通过在金属表面引入氧化结构以诱导化学键合形成强化接头，但经分析发现，界面处化学键合得形成较为困难且分布不均匀。
申请号为202080086018.1的发明专利申请《金属-塑料复合材料及其制造方法》通过引入硅烷偶联剂从界面处分子间交互作用的角度强化连接接头，但由于常用硅烷偶联剂的官能团组成对于热塑性复合材料与金属之间的作用不具备定向性，且以小分子结构为主，对于以高密度金属原子分布的金属表面和以高分子聚合物形式分布的热塑性复合材料的界面交互作用诱导强度较低，界面连接强度提升效果不明显。
由此可见，现有金属与热塑性复合材料连接界面调控手段仍在加工时效、调控作用密度及强化效果上存在弊端，新的金属与热塑性复合材料热连接界面调控方法亟待开发。
发明内容
为解决现有金属与热塑性复合材料连接界面调控方法对界面连接强度提升效果差、加工时效长、调控作用密度低的问题，本发明提供了一种功能性席夫碱高分子聚合物及其制备方法与应用。
本发明的技术方案：
一种功能性席夫碱高分子聚合物，所述功能性席夫碱高分子聚合物的化学结构式为：
化学结构式中n＝30～120。
一种功能性席夫碱高分子聚合物的制备方法，分别将甲基丙烯酰氯和香草醛溶于二氯甲烷中，在0℃条件下将甲基丙烯酰氯溶液滴加至香草醛溶液中并室温搅拌4小时，减压蒸馏后得到甲基丙烯酸香草酯醛；将所得甲基丙烯酸香草酯醛溶解在乙酸乙酯溶液中并加入偶氮二异丁腈，在75℃搅拌5小时得到聚甲基丙烯酸香草醛酯；向所得聚甲基丙烯酸香草醛酯中加入4-氨基苯甲酸乙酯，在70℃搅拌10小时后经减压蒸馏得到功能性席夫碱高分子聚合物。
进一步的，所述甲基丙烯酰氯溶于二氯甲烷的质量体积比为10.4g:100mL，所述香草醛溶于二氯甲烷的质量体积比为15.2g:100mL。
进一步的，所述甲基丙烯酰氯、香草醛、乙酸乙酯、偶氮二异丁腈和4-氨基苯甲酸乙酯的质量体积比为10.4g:15.2g:100mL:0.2g:16.5g。
一种功能性席夫碱高分子聚合物在金属与热塑性复合材料热连接界面化学尺度定向调控中的应用。
进一步的，具体调控方法为：将所述功能性席夫碱高分子聚合物溶解于有机溶剂中，将所得席夫碱高分子聚合物溶液喷涂至待连接金属表面并烘干得到定向调控涂层；将表面固化有定向调控涂层的金属与待连接热塑性复合材料以搭接形式装配，并通过热连接工艺得到界面定向调控后的金属与热塑性复合材料的热连接接头。
进一步的，所述有机溶剂为乙酸乙酯、二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯或氯仿中的一种，所述席夫碱高分子聚合物溶液中席夫碱高分子聚合物的浓度为0.001～0.01mol/mL。
进一步的，所述金属为钛合金、不锈钢、铝合金或镁合金中的一种；所述金属表面的定向调控涂层的厚度为100～1000nm。
进一步的，所述热塑性复合材料为聚醚醚酮基热塑性复合材料，具体为聚醚醚酮单体、碳纤维增强聚醚醚酮或玻纤增强聚醚醚酮中的一种。
进一步的，所述热连接工艺为激光连接、搅拌摩擦连接、热压连接、电阻焊接或感应连接中的一种。
本发明的有益效果：
本发明制备的功能性席夫碱高分子聚合物能够对待连接金属与热塑性复合材料的原子及官能团进行定向诱导二次交互作用，通过金属原子与席夫碱官能团定向发生络合作用、极性官能团间的范德华力作用的诱导体现金属与热塑性复合材料连接界面调控的定向性。将本发明制备的功能性席夫碱高分子聚合物应用到金属与热塑性复合材料热连接界面化学尺度定向调控中，结合高分子作用密度高、二次交互作用诱导较化学键合容易等特性，实现了金属与热塑性复合材料界面连接强度的显著提升；通过控制功能性席夫碱高分子聚合物的作用浓度能够调节界面连接强化效果；还能够根据连接区域调整调控尺寸，调控过程简单方便、适用于多种热连接工艺，适应性强。
本发明颠覆了当前以小分子化学过渡层调控金属与热塑性复合材料连接界面的调控理念，创造性的提出由高分子结构替代单体界面调控结构和热连接界面原子官能团定向诱导二次交互作用理念，解决了现有金属与热塑性复合材料热连接界面调控工艺强化效果有限、加工时效长、调控作用密度低及强化效果差等问题，在金属与热塑性复合材料热连接领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1为功能性席夫碱高分子聚合物的分子结构示意图；
图2为实施例2制备的功能性席夫碱高分子聚合物的红外谱图；
图3为实施例4、对比例1和对比例2得到的热连接接头的拉伸曲线对比图；
图4为实施例4中TC4钛合金表面固化的定向调控涂层和TC4钛合金板材和碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的热连接界面的红外谱图；
图5为能性席夫碱高分子聚合物对TC4钛合金板材和碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的热连接界面化学尺度定向调控的界面作用机理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置，若未特别指明，本发明实施例中所用的原料等均可市售获得；若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本实施例提供了一种功能性席夫碱高分子聚合物，所述功能性席夫碱高分子聚合物的化学结构式为：
化学结构式中n＝30～120。
本实施例提供的功能性席夫碱高分子聚合物的具有功能性席夫碱基团(C＝N)，能够与金属原子间发生强二次交互作用；同时还具有功能性基团羰基(C＝O)与醚键(-O-)能够与热塑性复合材料间发生强二次交互作用。本实施例提供的功能性席夫碱高分子聚合物通过金属原子与席夫碱官能团定向发生络合作用、极性官能团间的范德华力作用的诱导，能够实现金属与热塑性复合材料热连接界面化学尺度的定向调控。
实施例2
本实施例提供的是实施例1中功能性席夫碱高分子聚合物的制备方法。
功能性席夫碱高分子聚合物的合成步骤如下：
功能性席夫碱高分子聚合物的具体制备方法为：
将10.4g甲基丙烯酰氯溶解于100ml二氯甲烷中并置于滴定管内，将15.2g香草醛溶解于100ml二氯甲烷中并置于三口烧瓶内，在0℃条件下将溶解于二氯甲烷中的甲基丙烯酰氯溶液滴加至溶解于二氯甲烷中的香草醛溶液，并在室温条件下搅拌4小时，经30℃减压蒸馏，干燥后得到甲基丙烯酸香草酯醛。
将所得甲基丙烯酸香草酯醛在三口烧瓶内溶解于100ml乙酸乙酯溶液中，并加入0.2g偶氮二异丁腈，在75℃下搅拌5小时，得到溶解于乙酸乙酯溶液中聚甲基丙烯酸香草醛酯。
向溶解于乙酸乙酯溶液中聚甲基丙烯酸香草醛酯中加入16.5g4-氨基苯甲酸乙酯，在70℃下搅拌10小时，经50℃减压蒸馏，干燥后得到黄色固体为目标功能性席夫碱高分子聚合物。
图2为实施例2制备的功能性席夫碱高分子聚合物的红外谱图；通过图2可以看出，位于1626cm-1的CH＝N出现说明功能性官能团席夫碱引入成功。除此之外，C＝O(1699cm-1)、Ar-O-R(1267cm-1)、苯环振动骨架(1584cm-1、1463cm-1)及苯环上对位取代振动(866cm-1)等典型官能团衍射峰出现，表明理论官能团已合成，位于1640cm-1的C＝C典型吸收峰消失，说明聚合反应发生。
实施例3
本实施例提供了一种利用实施例2制备的功能性席夫碱高分子聚合物对TC4钛合金板材和碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的热连接界面化学尺度定向调控方法。
本实施例待连接TC4钛合金板材与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的型号及尺寸如下：
TC4钛合金板材长50mm，宽30mm，厚1.5mm；
碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材长50mm，宽30mm，厚2mm。
装配前将TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材在丙酮与酒精的混合溶液中清洗60s以去除表面油污，然后将清洗后的碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板置于80℃烘干箱内烘干2小时。将TC4钛合金板进行80％去离子水+15％盐酸+5％氢氟酸的混合酸溶液中酸洗1min后吹干。
本实施例的具体调控方法为：
将实施例2制备的目标功能性席夫碱高分子聚合物溶解于乙酸乙酯中，所得席夫碱高分子聚合物溶液中席夫碱高分子聚合物的浓度为0.001mol/mL；将所得席夫碱高分子聚合物溶液喷涂至TC4钛合金板材表面，在80℃高温烘干后得到厚度为500nm的定向调控涂层，完成功能性席夫碱高分子聚合物定向调控涂层在待连接TC4板材表面的制备。
将表面固化有定向调控涂层的TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材紧密搭接配合，搭接宽度20mm；通过激光连接工艺得到界面定向调控后的TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)的热连接接头。
本实施例的具体激光连接工艺参数如下：
激光功率：850W，离焦量：+6mm，激光扫描速度：0.8m/min，焊接长度：30mm，界面装夹压力：0.3MPa，激光扫描面：TC4钛合金表面。
实施例4
本实施例提供了一种利用实施例2制备的功能性席夫碱高分子聚合物对TC4钛合金板材和碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的热连接界面化学尺度定向调控方法。
本实施例待连接TC4钛合金板材与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的型号及尺寸如下：
TC4钛合金板材长50mm，宽30mm，厚1.5mm；
碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材长50mm，宽30mm，厚2mm。
装配前将TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材在丙酮与酒精的混合溶液中清洗60s以去除表面油污，然后将清洗后的碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板置于80℃烘干箱内烘干2小时。将TC4钛合金板进行80％去离子水+15％盐酸+5％氢氟酸的混合酸溶液中酸洗1min后吹干。
本实施例的具体调控方法为：
将实施例2制备的目标功能性席夫碱高分子聚合物溶解于乙酸乙酯中，所得席夫碱高分子聚合物溶液中席夫碱高分子聚合物的浓度为0.005mol/mL；将所得席夫碱高分子聚合物溶液喷涂至TC4钛合金板材表面，在80℃高温烘干后得到厚度为500nm的定向调控涂层，完成功能性席夫碱高分子聚合物定向调控涂层在待连接TC4板材表面的制备。
将表面固化有定向调控涂层的TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材紧密搭接配合，搭接宽度20mm；通过激光连接工艺得到界面定向调控后的TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)的热连接接头。
本实施例的具体激光连接工艺参数如下：
激光功率：850W，离焦量：+6mm，激光扫描速度：0.8m/min，焊接长度：30mm，界面装夹压力：0.3MPa，激光扫描面：TC4钛合金表面。
实施例5
本实施例提供了一种利用实施例2制备的功能性席夫碱高分子聚合物对TC4钛合金板材和碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的热连接界面化学尺度定向调控方法。
本实施例待连接TC4钛合金板材与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的型号及尺寸如下：
TC4钛合金板材长50mm，宽30mm，厚1.5mm；
碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材长50mm，宽30mm，厚2mm。
装配前将TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材在丙酮与酒精的混合溶液中清洗60s以去除表面油污，然后将清洗后的碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板置于80℃烘干箱内烘干2小时。将TC4钛合金板进行80％去离子水+15％盐酸+5％氢氟酸的混合酸溶液中酸洗1min后吹干。
本实施例的具体调控方法为：
将实施例2制备的目标功能性席夫碱高分子聚合物溶解于乙酸乙酯中，所得席夫碱高分子聚合物溶液中席夫碱高分子聚合物的浓度为0.01mol/mL；将所得席夫碱高分子聚合物溶液喷涂至TC4钛合金板材表面，在80℃高温烘干后得到厚度为500nm的定向调控涂层，完成功能性席夫碱高分子聚合物定向调控涂层在待连接TC4板材表面的制备。
将表面固化有定向调控涂层的TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材紧密搭接配合，搭接宽度20mm；通过激光连接工艺得到界面定向调控后的TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)的热连接接头。
本实施例的具体激光连接工艺参数如下：
激光功率：850W，离焦量：+6mm，激光扫描速度：0.8m/min，焊接长度：30mm，界面装夹压力：0.3MPa，激光扫描面：TC4钛合金表面。
对比例1
本对比例直接将TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材进行激光连接。
本对比例待连接TC4钛合金板材与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的型号及尺寸如下：
TC4钛合金板材长50mm，宽30mm，厚1.5mm；
碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材长50mm，宽30mm，厚2mm。
装配前将TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材在丙酮与酒精的混合溶液中清洗60s以去除表面油污，然后将清洗后的碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板置于80℃烘干箱内烘干2小时。将TC4钛合金板进行80％去离子水+15％盐酸+5％氢氟酸的混合酸溶液中酸洗1min后吹干。
将TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材紧密搭接配合，搭接宽度20mm；通过激光连接工艺得到TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)的热连接接头。
本对比例的具体激光连接工艺参数如下：
激光功率：850W，离焦量：+6mm，激光扫描速度：0.8m/min，焊接长度：30mm，界面装夹压力：0.3MPa，激光扫描面：TC4钛合金表面。
对比例2
本对比例利用与实施例2制备得席夫碱高分子聚合物含相同官能团的小分子席夫碱化合物对TC4钛合金板材和碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的热连接界面进行调控。
本对比例使用得含相同官能团的小分子席夫碱化合物的化学结构式为：
本对比例待连接TC4钛合金板材与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的型号及尺寸如下：
TC4钛合金板材长50mm，宽30mm，厚1.5mm；
碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材长50mm，宽30mm，厚2mm。
装配前将TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材在丙酮与酒精的混合溶液中清洗60s以去除表面油污，然后将清洗后的碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板置于80℃烘干箱内烘干2小时。将TC4钛合金板进行80％去离子水+15％盐酸+5％氢氟酸的混合酸溶液中酸洗1min后吹干。
本对比例的具体调控方法为：
将含相同官能团的小分子席夫碱化合物溶解于乙酸乙酯中，所得小分子席夫碱化合物溶液中小分子席夫碱化合物的浓度为0.005mol/mL；将所得小分子席夫碱化合物溶液喷涂至TC4钛合金板材表面，在80℃高温烘干后得到厚度为500nm的调控涂层；。
将表面固化有调控涂层的TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材紧密搭接配合，搭接宽度20mm；通过激光连接工艺得到界面定向调控后的TC4钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)的热连接接头。
本对比例的具体激光连接工艺参数如下：
激光功率：850W，离焦量：+6mm，激光扫描速度：0.8m/min，焊接长度：30mm，界面装夹压力：0.3MPa，激光扫描面：TC4钛合金表面。
图3为实施例4、对比例1和对比例2得到的热连接接头的拉伸曲线对比图；通过图3可以看出，相较于未处理状态下TC4/CFRTP接头剪切强度的25N/mm，引入功能性官能团的单体结构调控下的TC4/CFRTP接头剪切强度为36.6N/mm，提升46％，这说明引入界面二次交互作用强化接头性能的可行性。而引入席夫碱高分子聚合物后，强度提升至96.96N/mm，较未处理状态分别提升287％。这说明由单体结构转变为高分子结构可实现高密度交互作用诱导的可行性。
图4为实施例4中TC4钛合金表面固化的定向调控涂层和TC4钛合金板材和碳纤维增强聚醚醚酮(CF-PEEK)板材的热连接界面的红外谱图；通过图4可以看出，对比席夫碱高分子聚合物调控界面前后界面FTIR分析，发现典型官能团CH＝N的波数由1626cm-1蓝移至1637cm-1，这表明在激光连接过程中TC4表面的活性Ti原子与界面席夫碱高分子聚合物中CH＝N发生络合作用。而C＝O(1688cm-1)、Ar-O-R(1267cm-1)发生蓝移至1699cm-1及1275cm-1，这是席夫碱高分子聚合物中羰基与醚键与CFRTP侧聚醚醚酮基质中羰基与醚键发生相似相容分子间二次交互作用的表现。上述分析表明，席夫碱高分子聚合物可在激光连接过程中实现对TC4于CFRTP侧双侧定向诱导高密度二次交互作用以强化接头性能。
分别考察了实施例3-5和对比例1-2得到的热连接接头的力学性能，结果如表1所示。
表1
| 调控方案 | 接头拉剪强度(N/mm) |
| 对比例1 | 25 |
| 对比例2 | 36.6 |
| 实施例3 | 93.52 |
| 实施例4 | 96.96 |
| 实施例5 | 98.67 |
本发明提供的席夫碱高分子聚合物通过金属原子与席夫碱官能团定向发生络合作用、极性官能团间的范德华力作用的诱导实现了金属与热塑性复合材料热连接界面的定向调控。
通过控制定向调控涂层中席夫碱高分子聚合物的作用浓度能够调节强化效果，实施例4与对比例1相比，实现对金属与热塑性复合材料热连接界面强度提高287％。通过对比含相同官能团的小分子席夫碱化合物的调控效果，对比例2与对比例1相比，接头强度提升了46％，证明了席夫碱等官能团实现定向诱导界面二次交互作用理念的可行性；通过对比席夫碱高分子聚合物与小分子席夫碱化合物的调控效果，实施例4与对比例2相比，接头强度提升了165％，证明了本发明引入高分子结构替代分子结构强化金属与热塑性复合材料连接界面的可行性，实现金属与热塑性复合材料连接界面显著提高。
Claims (10)
1.一种功能性席夫碱高分子聚合物，其特征在于，所述功能性席夫碱高分子聚合物的化学结构式为：
化学结构式中n＝30～120。
2.一种如权利要求1所述功能性席夫碱高分子聚合物的制备方法，其特征在于，分别将甲基丙烯酰氯和香草醛溶于二氯甲烷中，在0℃条件下将甲基丙烯酰氯溶液滴加至香草醛溶液中并室温搅拌4小时，减压蒸馏后得到甲基丙烯酸香草酯醛；将所得甲基丙烯酸香草酯醛溶解在乙酸乙酯溶液中并加入偶氮二异丁腈，在75℃搅拌5小时得到聚甲基丙烯酸香草醛酯；向所得聚甲基丙烯酸香草醛酯中加入4-氨基苯甲酸乙酯，在70℃搅拌10小时后经减压蒸馏得到功能性席夫碱高分子聚合物。
3.根据权利要求2所述一种功能性席夫碱高分子聚合物的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酰氯溶于二氯甲烷的质量体积比为10.4g:100mL，所述香草醛溶于二氯甲烷的质量体积比为15.2g:100mL。
4.根据权利要求3所述一种功能性席夫碱高分子聚合物的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酰氯、香草醛、乙酸乙酯、偶氮二异丁腈和4-氨基苯甲酸乙酯的质量体积比为10.4g:15.2g:100mL:0.2g:16.5g。
5.一种如权利要求1所述功能性席夫碱高分子聚合物在金属与热塑性复合材料热连接界面化学尺度定向调控中的应用。
6.根据权利要求5所述功能性席夫碱高分子聚合物在金属与热塑性复合材料热连接界面化学尺度定向调控中的应用，其特征在于，具体调控方法为：将所述功能性席夫碱高分子聚合物溶解于有机溶剂中，将所得席夫碱高分子聚合物溶液喷涂至待连接金属表面并烘干得到定向调控涂层；将表面固化有定向调控涂层的金属与待连接热塑性复合材料以搭接形式装配，并通过热连接工艺得到界面定向调控后的金属与热塑性复合材料的热连接接头。
7.根据权利要求6所述功能性席夫碱高分子聚合物在金属与热塑性复合材料热连接界面化学尺度定向调控中的应用，其特征在于，所述有机溶剂为乙酸乙酯、二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯或氯仿中的一种，所述席夫碱高分子聚合物溶液中席夫碱高分子聚合物的浓度为0.001～0.01mol/mL。
8.根据权利要求7所述功能性席夫碱高分子聚合物在金属与热塑性复合材料热连接界面化学尺度定向调控中的应用，其特征在于，所述金属为钛合金、不锈钢、铝合金或镁合金中的一种；所述金属表面的定向调控涂层的厚度为100～1000nm。
9.根据权利要求8所述功能性席夫碱高分子聚合物在金属与热塑性复合材料热连接界面化学尺度定向调控中的应用，其特征在于，所述热塑性复合材料为聚醚醚酮基热塑性复合材料，具体为聚醚醚酮单体、碳纤维增强聚醚醚酮或玻纤增强聚醚醚酮中的一种。
10.根据权利要求9所述功能性席夫碱高分子聚合物在金属与热塑性复合材料热连接界面化学尺度定向调控中的应用，其特征在于，所述热连接工艺为激光连接、搅拌摩擦连接、热压连接、电阻焊接或感应连接中的一种。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| KAZUO SUGIYAMA: ""Synthesis and Hydrolysis of Polymers Having Anesthetic or Amantadine Residues in Sidechains"", J. MACROMOL. SCL-CHEM., pages 1155 - 1164 * |
| LEI PAN等: ""Modification of Ti-6Al-4V plates with Schiff base complex and adhesive performance of Ti-6Al-4V/PEEK"", MATERIALS AND DESIGN, pages 271 - 280 * |
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