复合材料胶接技术的研究进展

回顾了高聚物基体复合材料胶接技术的研究进展情况。总结了用于提高复合材料胶接强度的工艺、胶黏剂材料以及影响胶接耐久性的因素。胶接材料包括热固性和热塑性复合材料以及复合材料和金属之间的胶接。复合材料胶接的性能因复合材料的种类、胶黏剂的种类、表面处理技术的不同而有较大差异。为了获得兼顾高强度和耐久性的复合材料胶接制件,应在胶黏剂和复合材料体系选择、复合材料表面处理技术、胶接体系的试验评估和胶接设计方面开展大量的工作。     

新型结构粘接材料对航空有机玻璃性能的影响

选用新型结构粘接材料中低温固化环氧结构胶膜J-351和改性丙烯酸酯液体胶胶黏剂SY-50s,表征胶黏剂对有机玻璃的粘接性能以及应力-溶剂银纹性能,并研究胶黏剂对有机玻璃力学性能的影响。结果表明:两种胶黏剂对有机玻璃具有良好的粘接性能,J-351抗应力溶剂银纹性能优于SY-50s;有机玻璃表面施胶后力学性能下降,与定向有机玻璃相比,浇注有机玻璃力学性能下降更为明显。通过对拉伸试样断口形貌分析发现,拉伸试样带有胶黏剂的一侧首先发生破坏。因SY-50s与有机玻璃界面结合紧密,导致带有SY-50s胶黏剂的有机玻璃力学性能下降程度较大;而J-351环氧胶膜与有机玻璃界面清晰,对有机玻璃力学性能影响相对较小。因胶黏剂对有机玻璃性能的影响,导致采用SY-50s胶黏剂粘接的试样边缘连接强度低于J-351胶黏剂粘接的试样,新型结构粘接材料J-351环氧胶膜在有机玻璃粘接中应用性能良好。     

Influence of ultrasonic machining on physico-mechanical properties of adhesive joints and epoxide compounds

The results of experimental studies concerning the physico-mechanical properties of adhesive joints and epoxide compound-based coatings after ultrasonic machining are presented. Also considered is a change of adhesive strength and residual stresses in different “metal — polymer” systems.     

聚酰亚胺胶粘剂的粘接性能

 采用等摩尔的酮酐（BTDA）和醚胺（ODA）在N,N 二甲基甲酰胺(DMF)中合成了线形缩聚型聚酰胺酸(PAA),并用红外光谱对其结构进行了表征,用TGA对其热关环亚胺化后进行了分析,结果表明其热分解温度可达600 ℃,所成薄膜具有良好的韧性。同时采用纳迪克酸酐（NA）为封端剂,通过调整NA/BTDA/ODA的比例,合成了不同分子量的PAA预聚体,并用红外光谱对其结构进行了表征,对其热关环亚胺化后进行差热分析,表明其端基交联固化温度为350 ℃左右,且随着分子量的提高峰温向高温方向移动。TGA表明,热固性聚酰亚胺（PI）交联固化后的热分解温度为483 ℃左右。采用上述线形缩聚型PAA与热固性PI共混,将固化后线形缩聚型PI的韧性与热固性PI高温性能结合起来,直接用做耐高温胶粘剂,可以获得较高的室温和高温剪切强度,并具有良好的高温热老化性能。     

航空产品用压敏胶粘带的性能与质量检测

粘接技术为航空工业的发展做出了巨大贡献。作为使用最为广泛的胶粘产品,压敏胶粘带更是功不可没。针对航空产品的生产装配特点,本文简述了压敏胶粘带的性能、表征及测试方法,为航空产品生产装配人员正确、合理地选用压敏胶粘带提供参考。     

复合材料单搭胶接接头静力与疲劳裂纹扩展研究

胶层裂纹是复合材料胶接接头的常见损伤形式之一,严重影响复合材料结构的完整性。以胶接结构中常见的复合材料单搭胶接接头为研究对象,建立其三维数值模型,采用双线性内聚力本构关系表征静态裂纹扩展,并将静态模型扩展至疲劳裂纹扩展模型;结合静力与疲劳试验,对单搭胶接接头的应力应变分布规律、裂纹扩展与破坏机理展开研究。结果表明：单搭...     

固化胶粘剂对光纤环温度性能的影响研究

光纤环是光纤陀螺的核心部件,其温度性能直接影响光纤陀螺的精度.胶粘剂作为光纤环的重要组成成分,其选用是否得当决定了光纤环性能的优劣.首先理论分析了胶粘剂的性能对光纤环性能的影响,并选取了三种具有不同性能的胶粘剂作为光纤环用胶粘剂,对比分析了不同种类胶粘剂对光纤环温度性能的影响.结果表明选择具有模量适中、较低固化收缩率和足够粘接强度的胶粘剂,得到的光纤环具有更好的温度性能.     

8090 铝锂合金自冲铆-粘接接头的力学性能

为探究自冲铆接技术与粘接技术的结合性能,本文对8090铝锂合金及5052铝合金两种材料的同种组合分别使用3M-DP100PLUS和3M-DP100两种胶黏剂进行粘接后再采用自冲铆技术铆接的组合连接方式制备单搭自冲铆-粘接接头,并通过静力学拉伸-剪切试验测试接头的强度。对结果分析表明:胶黏剂的黏度对自冲铆接头的成形质量和强度影响很大,对接头的能量吸收的影响很小。选用合适的胶黏剂是可以更好地实现两种连接技术结合的。     

Resistance welding of glass fiber reinforced thermoplastic composite: Experimental investigation and process parameter optimization

The utilization of fiber reinforced thermoplastics (FRTP) is expected to fulfill lightweight demand in mass-produced aerospace products. Facing the unavoidable assembly of FRTP parts, fusion bonding methods such as resistance welding are promising compared with mechanical joint and adhesive bonding. In this paper, a procedure has been brought out to understand the relationship between processing conditions and performance of the FRTP welding joints. The adherends were continuous glass fiber reinforced polypropylene (GF/PP) laminates fabricated by hot-pressing method. The influences of time, current and pressure on the bending strength of the resistance welding joints were investigated. A processing window was drawn based on the optical observation of welded surfaces. The quantitative relationship between process parameters and mechanical property of GF/PP welding joint was established by Response Surface Method (RSM) with high accuracy. It was found that bending strength of GF/PP welding joint was improved by 31% compared with hot-pressing benchmark.     

复合材料舱体软木粘贴

分析了引起复合材料舱体软木粘贴质量问题的原因。按GD414和717胶的技术条件要求，对HYJ－51、J－48胶与GD414、717胶进行对比，选用HYJ－51胶并进行工艺适用性改进，如延长胶粘剂适用期等。探索了口框局部缺陷修补方法、基材表面处理、加压方式。通过软木粘贴工艺的改进，提高了口盖与口框的装配质量、软木粘贴质量、软木外表面涂层附着质量。     

刚度不平衡胶合接头的分析

对具有不同弹性模量、不同厚度的两种材料之间的胶合接头进行了分析。在Ｇ－Ｒ理论的基础上推导了接头胶层应力微分方程及通过实例计算对这种刚度不平衡的接头胶层应力分布进行了分析;讨论了被接件刚度不平衡程度对胶层应力分布的影响。     

Z-pin增强复合材料帽型加筋壁板接头拉伸性能

为了提高复合材料帽型加筋壁板结构中筋条与蒙皮界面处的连接强度,引入Z-pin三维增强技术。制备了Z-pin增强帽型接头试样,并对其进行拉伸试验,研究Z-pin对帽型接头界面增强机理及不同Z-pin体积分数、直径及加载跨距对筋条与蒙皮界面处连接性能的影响规律。结果表明:Z-pin直径为0.5 mm、植入角度为90°时,在体积分数0%~1.0%范围内,Z-pin增强帽型接头拉伸强度随着体积分数的增加而增加,增长趋势随体积分数增加而减缓,含1.0% Z-pin增强帽型接头比未增强接头强度提高了31.2%,在体积分数1.0%~1.5%范围内,Z-pin增强帽型接头拉伸强度呈降低趋势;Z-pin直径对帽型接头拉伸强度影响不显著;随着加载跨距的增加,含0.5%(直径0.5 mm)Z-pin增强帽型接头伴随有失效模式转变,拉伸强度呈现降低趋势。     

胶-螺混合连接结构强度分析及影响因素研究

为深入分析胶-螺混合连接结构强度及影响因素,利用ABAQUS平台建立胶-螺混合连接三维渐进损伤模型,采用界面层损伤判据及退化方法来模拟胶层的损伤破坏。首先,将胶-螺混合连接结构强度分别与胶接结构、螺接结构强度进行对比,详细阐释胶-螺混合连接结构与胶接结构承载机理及胶接区应力分布形式;然后,分析讨论钉头形式及宽径比对混合连接结构强度和损伤形式的影响。结果表明：胶-螺混合连接结构强度优于胶接结构和螺接结构,并得到了可有效提高结构强度的钉头形式及最佳宽径比。     

Effective metal mold method for the production of bionic adhesives based on electrochemical modifications

Bionic adhesives with tip-expanded microstructural arrays have attracted considerable interest owing to their high adhesive performance at low preloads. Their mainstream manufacturing method is molding. Due to most molds are made of silicon or silicon-based soft templates, and have poor wear resistant or vulnerability to high temperature, limiting their use in large-scale manufacturing. Nickel is widely used as an embossing mold in the micro/nano-imprint industrial process owing to its good mechanical properties. However, the processing of metal molds for the fabrication of tip-expanded microstructural arrays is extremely challenging. In this study, using electrodeposition techniques, the shape of the micropores is modified to obtain end-controlled pores. The effect of the non-uniformity of the electric field on the microporous morphology in the electrodeposition process is systematically investigated. Furthermore, the mechanism of non-uniformity evolution of the microporous morphology is revealed. The optimized microporous metal array is used as a mold to investigate the cavity evolution laws of the elastic cushions under pre-load during the manufacturing process. As a result, typical bionic adhesives with tip-expansion are obtained. Moreover, corresponding adhesion mechanics are analyzed. The results show that electrochemical modifications have broad application prospects in the fabrication of tip-expanded microstructures, providing a new method for the large-scale fabrication of bionic adhesives based on metal molds.     

两种中温固化胶粘剂的剪切疲劳和蠕变性能研究

研究了SY 2 4B胶膜和SY H2糊状胶粘剂的剪切疲劳和蠕变性能。SY 2 4B胶膜和SY H2糊状胶粘剂同为中温固化的结构胶粘剂 ,SY 2 4B胶膜采用橡胶增韧 ,SY H2糊状胶粘剂采用热塑性树脂增韧。SY 2 4B胶膜虽然具有优异的韧性 ,但SY H2糊状胶粘剂的剪切疲劳和蠕变性能优于SY 2 4B胶膜 ,这与增韧剂种类与胶层厚度有一定关系。温度、应力和时间也是影响蠕变量的重要因素     

Z-pin增强树脂基复合材料单搭接连接性能

为提高复合材料单搭接头的连接性能,制备了不同参数的Z-pin增强单搭接头,通过拉伸试验,研究了Z-pin体积分数、直径以及植入角度对单搭接头连接性能的影响规律,分析了Z-pin对单搭接头性能的增强机理。结果表明Z-pin能明显提高复合材料单搭接头的连接性能：植入角度为90°、Z-pin直径为0.5 mm时,在0%~3.0%体积分数范围内,单搭接头强度随着Z-pin体积分数的增加呈线性增加,含3.0% Z-pin的接头剪切强度为16.76 MPa,比无Z-pin的接头强度提高了33.2%;Z-pin体积分数为1.5%、植入角度为90°时,Z-pin直径变化对单搭接头强度影响不大;含Z-pin体积分数为1.5%、直径为0.5 mm时,随着Z-pin植入角度（背离搭接末端）的增加,单搭接头强度先增加后下降,失效模式从Z-pin拔出失效转变为Z-pin剪断失效;在植入角度为40°时,剪切强度最大（21.04 MPa）,比无Z-pin的接头剪切强度提高了67.1%。Z-pin植入角度（倾向于搭接末端）对单搭接头强度无影响。     

纤维增强树脂基复合材料连接结构强度与失效分析

采用拉伸试验和有限元分析方法研究纤维增强树脂基复合材料螺栓连接与胶–螺混合连接结构的失效机理。通过拉伸–剪切试验分析其载荷–位移曲线,结合有限元仿真结果及断面微观结构变化分析其结构强度和失效机理。结果表明,螺栓连接结构孔周碳纤维丝束受到螺栓挤压力变形后传递给树脂基体。因此,呈现纤维屈曲变形,树脂基体由均匀分布状被断裂的纤维短束挤压变成团簇状,形成结构不均匀而出现薄弱区域。胶–螺混合连接结构呈现拉伸断裂式破坏,断口处碳纤维丝束在拉伸–剪切作用下从环氧树脂基体中拔出并损伤断裂,丝束方向杂乱排布。附着在碳纤维丝束周围的树脂基体从均匀分布状变为团聚状,连接结构在达到极限载荷之后出现拉伸断裂,呈现净截面破坏,并且在重新分配载荷之后板材之间的胶粘剂对纤维的破坏会起延滞作用。材料强度、螺栓强度、胶层强度及螺栓宽径比等因素均会成为影响连接结构失效破坏的因素。     

几何尺寸对胶接接头强度影响的有限元模拟

采用三维弹塑性有限元模拟的方法,研究了几何尺寸对铝胶接接头强度的影响。结果表明:随着胶层厚度的增加,胶接强度先增大后减小;在一定范围内随着搭接长度的增大而增大,呈非线性关系;与搭接面积呈线性关系,在搭接面积相同的情况下,可以通过增加搭接宽度减小搭接长度来增大接头强度;另外,胶结强度随夹具之间的距离变短而降低,随被粘物厚度的增大而增大。厚度达到一定程度,这种趋势变化趋于缓慢。     

板宽对胶焊接头应力分布影响的数值分析

采用三维弹塑性有限元方法,研究了酚醛树脂和丙烯酸树脂两种胶粘剂的胶焊接头中,板宽对应力分布的影响。结果表明,酚醛树脂胶粘剂胶焊接头中,搭接区边缘应力值高于焊点边缘应力值,导致接头从搭接区边缘起裂,板宽增大时,焊点边缘处和搭接区边缘的峰应力都减小,对于提高胶焊接头的强度有利,但不会改变接头的断裂形式;丙烯酸树脂胶粘剂的胶焊接头,焊点边缘应力远高于搭接区边缘应力,因此接头从焊点边缘起裂,板宽增大时,焊点边缘应力基本不变。因此增加板宽对提高接头强度无明显作用,接头断裂形式也不发生改变。     

复合材料机身壁板的纵向连接设计与失效分析

按照连接设计准则及机身压差载荷水平,开展了复合材料机身壁板的纵向连接设计研究。为提高壁板多钉连接结构分析精度及设计效率,发展了一种基于Fastener单元的钉群载荷计算方法,在此基础上结合单钉失效分析模型,提出了一种壁板多钉连接区的失效评估方法。首先,通过与试验数据对比,验证了采用Fastener单元求解钉群载荷的可行性;然后运用Fastener单元分析壁板连接结构的钉载分配;最后基于钉载分析结果,对局部危险区域采用单钉模型进行失效载荷计算并进而评估壁板连接区的失效载荷。本方法特别适用于快速、有效地校核多钉连接区的连接强度。