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碳纖維復(fù)合材料常用連接技術(shù)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2020-12-04  來源:華特碳纖  瀏覽次數(shù):630
核心提示:對(duì)于傳統(tǒng)金屬材料結(jié)構(gòu)而言,零件之間通常采用焊接的連接方式,其工藝成熟,傳遞載荷性能優(yōu)異。相對(duì)金屬結(jié)構(gòu)而言,碳纖維復(fù)合材料
     對(duì)于傳統(tǒng)金屬材料結(jié)構(gòu)而言,零件之間通常采用焊接的連接方式,其工藝成熟,傳遞載荷性能優(yōu)異。
    相對(duì)金屬結(jié)構(gòu)而言,碳纖維復(fù)合材料由于其材料、工藝等方面的限制,無法采用傳統(tǒng)的連接方式,為保證各部件制件載荷的有效傳遞,必須采用合理的連接方式來解決。因此,連接設(shè)計(jì)是保證在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
復(fù)合材料連接技術(shù)分類
01機(jī)械連接
優(yōu)點(diǎn):
1、便于檢查,可靠性高;
2、可重復(fù)裝配,維修性好;
3、無殘余應(yīng)力;
4、受環(huán)境影響小。
缺點(diǎn):
1、制孔后孔周部位局部應(yīng)力集中,降低了連接效率;
2、打孔后層壓板局部強(qiáng)度下降,需局部加厚;
3、制孔要求較高;
4、電化學(xué)腐蝕。
02膠接
優(yōu)點(diǎn):
1、無鉆孔引起的應(yīng)力集中,層壓板強(qiáng)度不受影響;
2、抗疲勞、密封減震、絕緣性好;
3、組織裂紋擴(kuò)展,安全性好;
4、不同材料無電化學(xué)腐蝕。
缺點(diǎn):
1、強(qiáng)度分散性大,剝離強(qiáng)度低,難以傳遞大載荷;
2、受環(huán)境影響大,易老化;
3、膠接面需特殊處理,工藝要求嚴(yán)格;
4、永久性連接,膠接后不可拆卸,修補(bǔ)困難。
03混合連接
對(duì)于復(fù)合材料,單純的機(jī)械連接及膠接都無法滿足裝配需求,更適合用混合連接,混合連接具備機(jī)械連接與膠接的優(yōu)點(diǎn)。
1、可以阻止或延緩膠層損傷的擴(kuò)展,提高抗剝離、抗沖擊、抗疲勞和抗蠕變等性能;
2、具備密封、減震、絕緣的情況下進(jìn)一步增大連接強(qiáng)度,提高載荷傳遞能力;
3、隔離金屬緊固件與復(fù)合材料,無電化學(xué)腐蝕。
混合連接注意事項(xiàng):
1、應(yīng)選用韌性膠黏劑,盡量使膠接的變形與機(jī)械連接的變形相協(xié)調(diào);
2、需要提高緊固件與孔的配合精度,否則易引起膠層剪切破壞,降低連接強(qiáng)度。
各連接技術(shù)應(yīng)用選取
復(fù)合材料連接方法的選取應(yīng)充分利用各自的優(yōu)點(diǎn),遵循原則如下:
 機(jī)械連接:
1、主要用于傳遞集中載荷或強(qiáng)調(diào)可靠性的部位;
2、其中螺栓連接比鉚釘連接可承受更大的載荷,一般用于主承力結(jié)構(gòu)的連接。
 膠接:
1、一般適用于傳遞均布載荷或承受剪切載荷的部位;
2、可用于非主要承力結(jié)構(gòu)上,在輕型飛機(jī)、汽車行業(yè)等應(yīng)用較多;
3、有密封、減震、絕緣等要求的部位。
 混合連接:
1、適用于要求安全余度較大的連接部位,一般適用于中等厚度板的連接。
 焊接:
1、主要適用于熱塑性復(fù)合材料。
碳纖維復(fù)材膠接工藝
設(shè)計(jì)原則:
1、優(yōu)秀的膠接連接設(shè)計(jì)應(yīng)使其膠接強(qiáng)度不低于被膠件本身的強(qiáng)度,否則膠接將成為薄弱環(huán)節(jié),使膠接結(jié)構(gòu)過早破壞;
2、膠接連接設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)最大載荷的作用方向,使所設(shè)計(jì)的膠接連接以剪切的方式傳遞最大載荷,而其它方向載荷很小,盡量避免膠層受拉力和剝離力;
3、應(yīng)特別注意被膠接件熱膨脹系數(shù)要匹配。
復(fù)合材料膠接膠粘劑選擇:
膠粘劑按應(yīng)力-應(yīng)變特性分為韌性及脆性兩種,如圖所示。
    脆性膠粘劑的剪切強(qiáng)度高于韌性膠粘劑,韌性膠粘劑的連接靜強(qiáng)度較高。因此,環(huán)境溫度低于100℃時(shí)盡量選用韌性膠粘劑,高溫環(huán)境時(shí)最好選用脆性膠粘劑。目前碳纖維復(fù)合材常用的膠粘劑有:環(huán)氧樹脂類、聚胺酯類、丙烯酸類。
復(fù)合材料膠接表面處理:
    粘接物體表面的清潔度、粗糙度和表面化學(xué)結(jié)構(gòu)這三個(gè)因素直接影響最終的粘接強(qiáng)度,表面處理工藝主要是改善材料表面提高粘接強(qiáng)度。常用的表面處理方式有以下三種:
復(fù)合材料膠接搭接方式:
    從強(qiáng)度角度考慮:當(dāng)膠接構(gòu)件較薄時(shí),宜采用簡單的單面搭接或雙面搭接形式。當(dāng)膠接構(gòu)件較厚時(shí),由于偏心載荷產(chǎn)生的偏心力矩較大,宜采用階梯型搭接或斜面搭接形式:
    當(dāng)被膠件厚度t<1.8mm時(shí),可采用單搭接,搭接長度L/t=50 ~ 100;
    對(duì)中等厚度板1.8mm≤ t ≤ 4mm時(shí),采用雙搭接比較適宜,搭接長度L/t≈30;
    當(dāng)被膠件很厚t>4mm時(shí),宜選用斜面搭接,搭接角度6° ~ 8°,若斜面加工在工藝上不易實(shí)現(xiàn),采用階梯形搭接
Tips
  1、復(fù)合材料層壓板膠接表面纖維方向最好與載荷方向一致,不得與載荷方向垂直,以免被膠接件過早產(chǎn)生層間剝離破壞。
  2、設(shè)計(jì)復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)應(yīng)使膠層在剪切狀態(tài)下工作,盡量避免膠層受拉力和剝離力;
  3、膠接連接形式選擇 膠接連接設(shè)計(jì)的目標(biāo)應(yīng)使制造工藝盡可能簡單、成本盡可能低;
  4、膠接連接處應(yīng)采取降低膠接接頭應(yīng)力集中和剝離應(yīng)力的措施。
 
關(guān)鍵詞: 玻璃纖維 復(fù)合材料 樹脂
 
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