用于复合材料胶接的先进胶黏剂体系的研究与应用

本文所讨论的复合材料胶接体系包括胶膜、发泡胶、底胶、糊状胶黏剂以及修补用胶黏剂.先进的胶膜、发泡胶、底胶可以采用177℃(350下)或121℃(250 ℉F)两种固化工艺,用于复合材料的二次胶接和共固化胶接.较长的外置时间也是胶接体系先进性的另一个方面.用于复合材料修补的胶黏剂的主要先进特性为其固化温度低于复合材料制件...     

碳纤维复合材料的胶接工艺与性能

研究了不同的胶接工艺对于复合材料胶接性能的影响.对于已经固化的复合材料,对比了使用SY-D15表面处理剂前后胶接性能的变化.结果表明:SY-D15表面处理剂不仅能够显著提高胶接试样的剪切强度,而且对于提高复合材料胶接体系的剥离性能也有明显的作用.复合材料的树脂基体对胶接性能具有显著的影响,增韧的环氧基复合材料和环氧胶黏剂之间的粘接效果最好.碳纤维预浸料和胶黏剂之间的共固化取得了极好的胶接性能.     

复合材料胶粘修复界面的载荷传递仿真优化

胶接修复工艺是飞机结构修理的重要工艺之一,为了研究胶黏工艺对修复效果的影响规律,探索最佳的工艺参数,本文建立胶粘修复的三维模型,利用ANSYS Workbench有限元软件对胶粘修复界面载荷传递进行分析,讨论补片材料、补片厚度、胶层剪切模量和胶层厚度对胶接修复的影响。仿真结果证明补片材料为硼/环氧树脂时,胶粘失效风险最小;补片较厚时,胶接修复效果好,但补片过厚会削弱胶接修复的效果;胶黏剂剪切模量越大越有助于损伤区域的修复,工程应用中建议选用剪切模量较高的胶黏剂;胶层较厚时会增大胶层发生缺陷的概率从而减弱修复效果,建议合理选取厚度较小的胶层。最后提出修复界面的表面处理、复合材料端部的溢胶以及倒角处理均有益于修复结构的载荷传递,缓和胶粘界面应力水平,降低胶层失效的风险。     

准分子激光表面处理对CFRP胶接强度的影响

采用准分子激光表面处理技术用于碳纤维复合材料胶接面的预处理,通过对照试验、显微镜观察研究了表面处理方式、处理后清洗方式对胶接强度和离散系数的影响。结果表明:准分子激光表面预处理技术用于处理碳纤维复合材料胶接表面能明显提高其胶接强度,与砂纸打磨处理试片的胶接强度相当,但采用准分子激光处理的试片的胶接强度离散系数相对较小。     

空间光学相机桁架胶接装配技术

研究了一种新型光学相机碳纤维复合材料桁架结构的胶接装配方法。对胶接装配的工装设计、胶黏剂选择、表面处理、胶层控制、装配原则进行了详细的分析。通过制定科学的装配方法和工艺，减小了桁架结构的装配应力，提高了装配精度和稳定性，最后对装配后的桁架结构进行了正弦和随机振动试验。结果表明采用该胶接装配法装配的桁架具有较高的装配精度和稳定性，可为空间光学相机中复合材料桁架结构的装配提供一种崭新的思路和方法。     

表面处理对聚酰亚胺柔性复合材料粘结性能的影响

使用聚酰亚胺(PI)膜和PI纤维编织布制备深空探测用柔性织物复合材料,研究表面处理对PI膜和PI纤维编织布之间粘结性能的影响。采用自制表面处理剂分别对PI膜和PI纤维编织布的表面进行处理,再经硅橡胶胶黏剂粘结制备柔性复合材料。使用T剥离强度试验方法测试柔性织物复合材料的层间胶接性能,并分析复合材料剥离面的形貌状态。结果显示,PI膜和PI织物的表面处理可以显著提高柔性织物复合材料的T剥离强度。其中,PI膜和PI织物未经表面处理时,柔性织物复合材料的T剥离强度为8.9 N/cm。对PI膜进行表面处理,或者对PI膜和PI织物均进行表面处理的情况下,柔性织物复合材料的T剥离强度增加至11.7 N/cm和12.8 N/cm,分别提高了31.5%和43.8%。这表明对PI膜及PI织物进行合理的表面处理,可以显著提高柔性织物复合材料的胶接性能。     

飞机复合材料修理技术

<正>复合材料的修理一般采用胶接(粘接)修理技术,本文在对胶接修理类型、特点和修补效果进行论述的基础上,从胶粘剂,复合材料补片、被修理结构的表面处理和修理固化工艺等方面对胶接修补进行了分析,同时分析了胶接修补技术的核心——胶粘剂的固化技术。最后介绍了几种主要的飞机复合材料及其修理技术。复合材料是由两种或两种以上不同材料通过某种方式结合而成的新材料,其     

激光表面处理技术在复合材料胶接维修中的应用研究

随着复合材料在飞机结构上使用量的增加,如何有效地修复复合材料在使用过程中出现的表面划伤、分层、穿孔等损伤已经成为研究的重点。胶接维修是应用最为广泛的复合材料修复技术,而其中涉及的复合材料表面处理是保证其性能的重要前提。传统复合材料表面处理技术存在维修可控性低、重复性差、纤维容易损伤等缺点,而激光表面处理技术以其绿色、环保、可控性高等优势克服了传统清除工艺中的种种弊端。本文综述了近年来激光表面处理方法、激光表面处理机理以及激光技术在复合材料胶接维修方面的应用,并对其未来的应用进行了展望。     

C/C复合材料喉衬缺陷修复用胶黏剂的研究

针对C／C复合材料喉衬在制造过程中出现的工艺缺陷，如掉渣、表观裂纹等，拟用胶黏剂进行修补。本文采用的修复胶体系配方组成为“酚醛树脂＋纳米SiO2粉＋石墨粉＋ZrO2粉＋短切碳纤维”，按正交设计法做配方实验。以胶黏剂对石墨材料的粘接强度和胶黏剂本体的线烧蚀率为依据，经配方优化和验证实验确定最佳组分配比。其对石墨材料的粘接强度达到11．6MPa，胶黏剂本体线烧蚀率0．058mm／s，质量烧蚀率0．0732g／s。对人工模拟缺陷的C／C复合材料试样做粘接修复实验，结果表明，采用该修复胶体系粘接修复，并进行适当的致密化处理，能起到较好的修复作用，可满足真实构件的指标要求。     

KH-550 对环氧树脂胶黏剂粘接性能的影响

采用红外光谱表征了KH-550的结构.用不同浓度的KH-550乙醇溶液处理铝表面,并用环氧胶黏剂粘接铝与铝的界面,测定其剪切强度.采用扫描电镜研究了KH-550预处理前后的铝与环氧胶黏剂体系的界面结合特征,并利用反射红外(RA-IR)对氨基硅烷偶联剂的作用机理进行了分析.试验研究表明,KH-550溶液涂覆后可明显改善铝与胶黏剂粘接界面的结合强度,环氧胶黏剂粘接强度可提高2～3 MPa.     

复合材料胶接搭接接头应力分析方法研究

胶接是复合材料结构主要连接方法之一,对胶接接头进行应力分析是保证复合材料安全性、耐久性的关键。在初步设计阶段,一般采用解析方法对胶接接头进行应力分析及参数研究。针对复合材料双搭接和单搭接胶接接头,在Tsai等人的理论分析方法（TOM方法）基础上,提出了一种改进的搭接接头剪应力分析方法,该方法考虑了被胶接件的剪切变形,认为被胶接件只有在靠近胶层的半个厚度上产生剪切变形,剪应力沿该半厚度呈线性分布。算例分析结果表明：本文方法比现有的分析方法更接近于有限元模拟结果,可用于估算复合材料胶接接头剪应力分布。     

胶接修补复合材料层合板失效分析的PDA-CZM方法

建立了一种预测胶接修补复合材料层合板的损伤演变与剩余强度的PDA-CZM方法。该方法应用三维渐进损伤分析（PDA）方法和粘聚区模型（CZM）分别模拟复合材料层合板和修补胶层的失效过程。对修补层合板的纤维断裂、基体开裂、层间分层以及胶层脱胶等损伤的萌生和扩展以及它们之间的耦合作用进行了研究。计算得到了修补结构的载荷--位移曲线,并预测了其极限强度。计算结果和试验数据吻合良好,验证了PDA-CZM方法的有效性。最后,讨论了修补参数对剩余强度的影响规律。     

复合材料胶接修补结构剩余强度分析

随着复合材料在航空结构中的广泛应用,航空复合材料修补技术也成为研究热点。通过复合材料单面胶接维修方法,将抛物线型损伤演化规律应用于胶层的损伤分析。对商业有限元软件进行了二次开发并建立了数值模型,研究了补片尺寸与厚度对修补结构压缩强度的影响。对复合材料胶接修补结构试验件进行剩余强度试验,研究了补片形状、尺寸、厚度等参数对修补后结构压缩剩余强度的影响。数值模拟结果与试验值吻合良好,误差在5%以内。     

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。     

双面贴补层合板压缩屈曲渐进损伤分析

贴补复合材料层合板在压缩载荷作用下的屈曲破坏强度及其损伤演化过程对于复合材料结构修理具有重要意义。本文基于应变和黏聚区模型(CZM)建立了贴补复合材料层合板的渐进损伤分析模型,引入复合材料与胶层的损伤判据和刚度退化方案,计算了结构屈曲强度。数值仿真结果和实验数据吻合较好,验证了模型的有效性。基于该模型,采用非线性有限元方法研究了压缩载荷下双面贴补复合材料层合板的屈曲损伤演化过程,并讨论了补片参数对结构屈曲强度的影响。研究结果表明:双面贴补复合材料层合板屈曲后,处于拉伸和压缩状态下的铺层中的损伤程度存在差异;增大补片直径与厚度可以在一定程度上提高双面贴补复合材料层合板的屈曲强度。     

无人机复合材料壁板Z-pin工艺技术研究

介绍了Z-pin在无人复合材料壁板中的应用及复合材料Z-pin的拉挤工艺,利用热压罐和真空袋压整体Z-pin嵌入工艺,在无人机复合材料层板、板筋结构件、复合材料胶接连接件及泡沫夹层中的应用。对于板件在保持面内抗拉强度的同时,提高无人机复合材料壁板的层间断裂韧性及损伤容限,有效改善了复合材料蒙皮的抗冲击性能。     

TC4钛合金扩散焊接头的力学性能

在温度为910℃，压力为3.4MPa条件下对TC4钛合金板材进行了扩散焊接，对获得的扩散焊接头取样进行金相观察，仅在接近接头表面材料深度为1mm范围内发现未焊合缺陷，其余部分焊合较好，表明在给定工艺下可获得质量良好的焊接头.随后对TC4扩散焊接头的力学性能进行了试验研究，分别开展了静拉伸试验、断裂韧性试验及焊缝附近区域的纳米压痕试验.试验结果表明，所制得的TC4扩散焊接头屈服强度为887MPa，抗拉强度为948MPa，断裂韧性为101.9MPa·m1/2，均与原材料的性能相差不大.纳米压痕试验的结果显示，接头焊缝区和母材区的显微弹性模量分别为180.2GPa和178.0GPa.      

飞机结构损伤的复合材料胶接修补技术研究进展

系统归纳并分析了国内外30年来在复合材料胶接修补研究中所取得的效果，以及最近10年的最新研究动态，涉及损伤修补设计，有限元精确分析，智能修补等，并指出了研究中值得注意的问题。     

High-strength adhesive joints in aircraft parts

A technology of polymer adhesive modification is suggested for adhesives used in aircraft structures bonding. The technology is based on exposure of polymer component melt of the adhesive to an electric and wave field. A decrease of internal stresses and increase of the strength of adhesive joints based on modified adhesives are experimentally established. Electron microscopic and X-ray structural analyses indicated the mechanism of strength enhancement of adhesive joints based on modified adhesives due to adjustment of their structure on the nanoscale level.     

Ti合金与SiC_p/Al复合材料在无压浸渗同步复合过程中的相容性

采用熔铝无压浸渗复合工艺在高体份SiCp／Al复合材料制备过程中同步复合Ti合金零部件（圆柱体）,研究了这种跨宏-微观尺度、超混杂铝基复合材料的微观组织及性能,特别是SiCp／Al复合材料与Ti合金零部件之间的相容性。结果表明,复合材料性能优异、组织致密,SiC颗粒分布均匀、无偏聚现象。SiCp／Al复合材料与Ti合金之间的界面结合非常紧密,Ti元素向铝合金基体一侧有一定距离的扩散,并且出现了可增强界面结合的连续、无缺陷的界面反应物薄层,SEM和XRD分析表明界面反应产物为Al2Ti,界面剪切强度超过200MPa,完全可以满足在复合材料中的Ti合金零部件处加工装配孔的要求。