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关于复合材料的胶接界面,你了解多少?

已有 2174 次阅读 2022-7-27 08:45 |个人分类:复合材料前沿|系统分类:科普集锦


关于复合材料连接的方式

与传统金属材料相比,复合材料的连接方式可以分为机械连接、胶粘连接、焊接及混合连接等。

复合材料的胶接

胶接是复合材料结构主要连接方法之一,它是借助胶粘剂将零件连接成不可拆卸的整体。

胶接的优点

1. 无钻孔引起的应力集中,连接效率高,结构轻;

2. 抗疲劳、密封、减振及绝缘性能好;

3. 有阻止裂纹扩展作用,破损安全性好;

4. 能获得光滑气动外形;

5. 不同材料连接无电偶腐蚀问题。

胶接的缺点

1. 胶接性能受环境(湿、热、腐蚀介质)影响大,存在一定老化问题;

2. 胶接强度分散性大,剥离强度低,不能传递大的载荷;

3. 胶接表面在胶接前需作特殊的表面处理;

4. 被胶接件间配合公差要求严,需加温加压固化设备,修补较困难;

5. 质量控制比较困难;

6. 胶接后不可拆卸。

复合材料被粘物的表面处理

为了保证胶接质量,被粘物的表面应确保未附着润滑剂、灰尘、腐蚀层、微生物等污染物,具有良好的表面润湿性和表面能。在实际应用中,对被粘物的待胶接表面进行预处理,增加表面张力和表面粗糙度以及改变表面化学性质,与胶层形成更紧密地结合,是提高胶接接头强度和耐久性最简单、有效的途径选择正确的化学或物理表面处理方法非常重要。

常用的表面处理方法有机械处理、剥离层技术以及激光处理。

机械处理包括砂纸打磨、喷砂、针刺以及钢丝刷打磨,由手工或者机器处理完成,比较简单。剥离层是由某种纤维制成网格布,使其在层合板上分层,并在复合材料粘合之前移除它。与机械处理相比,剥离层方法更费时。对被粘物的表面进行激光处理也是提高接头强度的有效方法。

机械处理等表面处理方法比较简单,剥离层要稍微复杂,这二者的作业成本都不高;激光处理对接头性能的提升作用要明显很多,但是作业成本比较高。实际应用中,需要根据基材、黏合剂选择合适的表面处理方法。

复合材料的胶接失效模式

在胶接结构中,载荷沿着被粘物⁃界面层⁃胶层⁃界面层⁃被粘物的路径传递,其中性能最薄弱的环节决定了结构的承载能力。较之于被粘接的复合材料构件,接头部位的几何形状复杂、被粘物/界面层/黏合剂之间材料性能不同,容易产生较大的应力集中而失效。胶接接头的失效模式有3种,即被粘物失效、胶层失效以及被粘物/胶层之间的界面层失效。

缺陷对复合材料胶接效果的影响

复合材料胶接接头由于材料本身性能的非均质性和制造工艺的限制,微裂纹、气泡、异物夹渣等缺陷在所难免,直接影响接头强度、降低接头质量,使得接头力学性能的离散性较大。

参考资料:冯闯,赵广慧.复合材料胶接接头力学性能的研究进展[J].中国塑料, 2021,35(11):144-160.





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