复合材料胶结技术

复合材料胶接、缝合连接设计研究XX：1671-7597（20XX）17-0117-011 概述根据复合材料的自身特点及其破坏的机理，存复合材料连接中，胶接、缝合连接、混合连接已被广泛的运用。

合理的胶接、缝合连接、混合连接设计，不但能够满足使用要求，减轻结构重量，提高可靠性，还可以延长结构的使用寿命。

本文针对复合材料的胶接、缝合连接、混合连接方法进行探讨。

2 胶接连接胶接连接是借助胶粘剂将复合材料、金属材料零件连接成不可拆卸整体的连接方法。

2.1 胶接连接优点1）胶接连接受力均衡，接触为面接触，承载能力强，不同于机械连接的点接触。

2）没有钻孔引起的应力集中和分层，连接可靠性好，结构重量轻。

3）胶接连接能获得光滑的气动外形，外形美观。

4）抗疲劳性、密封性、减振性能好。

5）不同材料连接时，有隔离的作用，无电偶腐蚀问题，相容性好。

6）有阻止裂纹扩展的作用。

2.2 胶接连接缺点1）胶接的质量操纵比较困难。

2）胶接强度分散性大，剥离强度低。

3）胶接的工艺要求严格。

4）胶接性能受湿热效应、介质等环境的因素影响大，胶粘剂存在老化的问题。

5）如果需要加温加压就需要专门的设备，成本高。

2.3 胶接连接参数胶接连接主要参数包括胶接件的厚度t、胶层厚度h、胶接件的搭接长度L等（见图1数值为本文推举）。

1）胶接件的厚度t。

胶接件的厚度由其所传递载荷P的大小确定。

图1 胶接连接的参数图2 缝合连接的参数2）胶层厚度h。

胶层厚度h对连接强度有很大影响，增加胶层厚度，可减少应力集中，提高连接强度。

胶层厚度过厚，会产生胶层厚度偏差、气孔等缺陷；胶层厚度过薄，不能满足连接强度的要求。

因此，胶层厚度一般取0.1～0.4 mm。

胶接件的搭接长度L。

胶接件的搭接长度与胶接件的厚度（载荷p的大小）有关，因此，胶接件的搭接长度应尽可能的大，来满足连接的可靠性要求。

胶接件的搭接长度L≥8 mm。

3 缝合连接缝合连接是借助缝合线将复合材料连接在一起，经过固化使缝合线与复合材料成为不可拆卸的整体的连接方法。

应用胶接技术的几个成功实例简介胶接技术是一种常见的连接方法，通过使用胶水将两个或多个材料粘合在一起。

它被广泛应用于各个领域，包括建筑、汽车、航空航天、电子等。

下面将介绍几个成功应用胶接技术的案例。

1. 汽车制造领域胶接技术在汽车制造领域有着广泛应用。

例如，在汽车车身制造中，胶接技术被用于连接车顶、车门、前后保险杠等部件。

胶接具有高强度、耐腐蚀和耐疲劳的特点，能够有效地提高车身的刚性和整体强度。

此外，胶接还能够减少振动和噪音，提升乘坐舒适性。

通过应用胶接技术，汽车制造商能够生产出更轻、更安全、更节能的汽车。

2. 航空航天领域胶接技术在航空航天领域的应用日益广泛。

例如，在飞机制造中，胶接被用于连接复合材料结构件，如飞机机身、机翼等。

胶接能够在连接点形成均匀的应力分布，避免了应力集中，提高了结构的强度和耐久性。

此外，胶接还能够减轻飞机重量，提高燃油效率。

胶接技术的应用使得飞机制造更加高效、可靠。

3. 电子领域胶接技术在电子领域也有着重要的应用。

例如，在手机制造中，胶接被用于连接触摸屏和显示屏。

胶接具有高粘接强度和耐候性，能够确保触摸屏和显示屏之间的稳固连接。

此外，胶接还能够提供防水和防尘的功能，保护电子设备的内部元件。

胶接技术的应用使得手机制造更加精细、可靠。

4. 建筑领域胶接技术在建筑领域也有着重要的应用。

例如，在玻璃幕墙的安装中，胶接被用于连接玻璃和金属框架。

胶接能够提供可靠的粘接强度，同时又不影响玻璃的透明性。

此外，胶接还能够提供良好的密封性能，防止空气和水的渗透。

胶接技术的应用使得建筑结构更加美观、安全。

胶接技术在各个领域都有着广泛的应用，并取得了一系列的成功实例。

无论是汽车制造、航空航天、电子还是建筑，胶接技术都能够提供可靠的连接解决方案，提高产品的性能和品质。

随着科技的不断进步，胶接技术将继续发展，为各个行业带来更多的创新和突破。

复合材料的连接技术复合材料是由两种或多种不同材料按规定方式组合而成的新材料。

由于复合材料具有结构轻、强度高、刚性好、耐热耐腐蚀等特点，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域。

而连接技术在复合材料的制造和应用中起着至关重要的作用。

一、面板接头技术面板接头技术是将两块或多块面板连接在一起的一种常见连接技术。

常用的面板接头技术包括胶接、机械连接和固化连接。

1.胶接技术胶接是一种常用的连接技术，通过胶粘剂将两个或多个面板连接在一起。

胶接技术适用于连接不同材料的复合材料，可以提供良好的强度和刚度。

常用的胶粘剂有环氧树脂、聚酰亚胺、丙烯酸酯等。

胶接的优点是连接面积大、均匀受力、密封性好，缺点是工艺复杂、需要专用设备、对环境要求较高。

2.机械连接技术机械连接是通过螺栓、铆钉、螺母等机械连接件将面板连接在一起。

机械连接技术适用于连接同种或相似材料的复合材料，可以提供较高的强度和刚度。

机械连接的优点是工艺简单、易于实施，缺点是容易产生应力集中、连接面处存在较大孔隙和裂纹。

3.固化连接技术固化连接是通过填充固化剂将两个或多个面板连接在一起。

固化连接技术适用于连接同种或相似材料的复合材料，可以提供良好的强度和刚度。

常用的固化剂有聚氨酯、环氧树脂、聚酰亚胺等。

固化连接的优点是工艺简单、无需专用设备，缺点是连接面积有限、需要特殊固化条件。

二、管接头技术管接头技术是将两根或多根管材连接在一起的一种常见连接技术。

常用的管接头技术包括钎焊、焊接、胶接和机械连接。

1.钎焊技术钎焊是一种常用的连接技术，通过热源使钎料熔化并流入连接部位形成连接。

钎焊技术适用于连接同种或相似材料的复合材料，可以提供较高的强度和密封性。

常用的钎料有铜、银、镍等。

钎焊的优点是连接坚固、密封性好，缺点是需要高温操作、对环境要求较高。

2.焊接技术焊接是一种常用的连接技术，通过高温使被连接材料熔化并形成连接。

焊接技术适用于连接同种或相似材料的复合材料，可以提供较高的强度和刚度。

复合材料胶接修补铝合金裂纹的工艺流程复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有良好的强度、刚性和耐磨性等特点，被广泛应用在航空航天、汽车制造、建筑等领域。

而铝合金是一种常用的工程材料，具有优良的导热性和加工性能，但在使用过程中往往会出现裂纹等损伤，需要进行修补。

本文将介绍复合材料胶接修补铝合金裂纹的工艺流程，以及具体步骤和注意事项。

第一步：材料准备在进行修补工作之前，首先需要准备好所需的材料和工具。

对于复合材料胶接修补工艺来说，我们需要准备好以下材料和工具：复合材料补片、环氧树脂胶水、硬化剂、玻璃纤维布、修补刀、打磨机、清洁剂和化学溶剂等。

第二步：表面处理在进行修补之前，需要对铝合金表面进行处理，以确保复合材料能够牢固地粘接在其上。

首先，利用打磨机对裂纹部位进行打磨，去除铝合金表面的氧化层和污垢，使其表面变得光滑。

然后，利用清洁剂和化学溶剂对铝合金表面进行清洁，去除表面的油污和杂质，确保表面无尘无油。

第三步：制备复合材料补片在进行修补之前，需要根据裂纹的形状和大小，制备相应的复合材料补片。

一般情况下，可以使用玻璃纤维布和环氧树脂混合而成的复合材料，将其切割成合适的形状和大小，以便进行修补。

第四步：胶水涂布将环氧树脂胶水和硬化剂按照一定的比例混合均匀，然后涂布在铝合金表面和复合材料补片上。

在涂布的过程中，需要确保胶水均匀地覆盖在整个表面，并且避免出现气泡和空隙。

第五步：粘接复合材料补片将涂有胶水的复合材料补片贴合到铝合金表面上，根据裂纹的形状和大小进行适当的压实，以确保复合材料和铝合金能够牢固地粘接在一起。

在粘接的过程中，需要注意避免出现胶水挤出和边角空隙，以确保粘接质量。

第六步：固化在完成粘接后，需要将修补部位进行固化处理，使胶水能够充分固化并达到设计强度。

一般情况下，可以将修补部位放置在室温下进行固化，或者利用加热设备进行加热固化，以加快固化速度。

第七步：表面处理在胶水固化完成后，需要对修补部位进行表面处理，以达到平整光滑的效果。

飞机复合材料结构的装配连接技术◎陈健（作者单位：中航通飞华南飞机工业有限公司）与普通的材料相比，复合材料有较高的强度、很好的比模量及较小的热膨胀系数，且复合材料的抗震性及抗疲劳能力很强，相对来说有很高的延展性，并且可设计性十足。

所以在飞机制造领域，复合材料得到高度认可和广泛应用。

一、基本装配连接技术分类1.胶接技术。

胶接技术顾名思义就是用胶粘剂将复合材料的零件连接起来，从而使复合材料变成不可以拆分的牢固的整体，相对于其他连接技术来说，此种方法比较简单实用，在很多领域的应用也比较广泛。

胶接的工艺也具备很多优势，如生产周期短、工艺较简单，且其拥有美观大方及光滑的外表。

可以减少符合材料由于钻孔施工等产生疲劳龟裂的现象，且胶接之后会有胶层，可以防腐蚀和绝缘。

与其他材料相比，胶接技术使用的材料阻尼较高，且具备很强的防振和降噪功能。

但是此种方法也存在一定缺陷，主要包括无法检测胶接的强度、胶接材料容易老化等，且其受环境影响比较大，连接质量无法得到有效保证。

2.机械连接技术。

机械连接技术的种类有很多，主要包括铆接、螺接及专用的紧固件连接等，原理是将复合材料按照设计进行开孔，之后与对应的零部件连接到一起。

此种技术的应用优势有连接之后强度较大，而且可以承担的载荷很高，具有一定的抗剥离性，从而安全性更高。

机械连接之后的连接件可以进行拆分，对于重复性装配来说比较容易，后期维修更加便捷，并且可以随时检查连接质量。

但是机械连接法也有一些缺点，如钻孔困难，对道具的磨损速度很快，在出口部位容易出现分层的现象，钻孔周围的强度降低。

同时在对复合材料进行连接时，容易造成其不同程度的损伤，且技术紧固件容易被腐蚀，需要采取有效措施对其进行保护。

3.混合连接技术。

混合连接技术是胶接技术与机械连接技术的结合，以上两种技术的融合使用要求其保持高度一致的变形，从而可以同时承受载荷，使经过连接的部位可以拥有更强的耐久性和承担载荷的能力。

两种技术的结合使用可以很好地规避各自存在的缺点，能使连接件的安全性得到有效提升，通常情况下，两种技术的结合经常被用来对胶接剥离性进行改善及胶接维修等。

复合材料胶接工艺
复合材料胶接工艺是一种常见的连接方法，它利用胶粘剂将两个或多个复合材料部件粘合在一起，形成牢固的接头。

该工艺通常包括以下步骤：
1. 表面处理：对要粘合的复合材料表面进行清洁和处理，以提高胶粘剂的附着力。

2. 涂胶：将胶粘剂均匀地涂敷在一个或多个复合材料表面上。

3. 粘接：将涂有胶粘剂的复合材料部件按要求进行粘接，并施加适当的压力，以确保胶粘剂与复合材料之间的紧密接触。

4. 固化：让胶粘剂在一定的温度和时间条件下固化，形成坚固的接头。

复合材料胶接工艺具有许多优点，如接头强度高、密封性好、耐腐蚀性强、疲劳寿命长等。

它广泛应用于航空航天、汽车、船舶、风能等领域。

复合材料胶接工艺也存在一些挑战，如胶粘剂的选择、表面处理的要求、粘接过程中的温度和压力控制等。

为了获得最佳的粘接效果，需要对这些因素进行仔细考虑和控制。

总之，复合材料胶接工艺是一种重要的复合材料连接技术，它为复合材料结构的设计和制造提供了更多的选择和灵活性。

复合材料搭接标准
复合材料的搭接标准包括以下方面：
1. 搭接长度：根据所需的载荷和复合材料的厚度来选择合适的搭接长度。

通常，搭接长度应大于复合材料厚度的3倍，以提供足够的承载能力和稳定性。

2. 搭接方式：根据复合材料的特性和应用需求选择合适的搭接方式。

常见的搭接方式包括对接、角接和嵌接等。

对接搭接适用于较薄的板材，而角接和嵌接适用于较厚的板材或弯曲的构件。

3. 连接强度：确保搭接连接具有足够的强度和稳定性，能够承受所受的载荷。

根据复合材料的类型和性能，选择合适的连接方式，如胶接、机械连接或混合连接等。

4. 表面处理：在搭接前，应对复合材料的表面进行处理，以去除杂质、油渍和灰尘等，提高粘结性能。

常用的表面处理方法包括机械打磨、化学处理和喷砂等。

5. 粘结剂选择：根据复合材料的特性和应用需求选择合适的粘结剂。

粘结剂应具有良好的粘结性能、耐候性和耐久性，能够满足复合材料搭接的要求。

6. 固化时间：根据所选择的粘结剂确定合适的固化时间，以确保粘结剂充分固化，达到所需的搭接强度。

7. 质量控制：在搭接过程中，应严格控制质量，确保每个环节都符合标准要求。

例如，检查粘结剂是否均匀涂抹、搭接缝隙是否严密等。

8. 安全措施：在搭接过程中，应注意安全措施的落实。

例如，穿戴防护眼镜、手套等，避免锋利的工具划伤皮肤等。

以上是复合材料搭接的一些常见标准，具体标准可能会因材料类型、应用领域和制造工艺而有所不同。

在实际应用中，应根据具体情况制定相应的搭接标准和规范，以确保复合材料的安全性和可靠性。

复合材料胶接技术的发展与应用我国低空领域的开放，为民用飞机提供了很大的发展空间，而研制新型高性能民用飞机也离不开复合材料和结构胶粘剂的使用，因此研制高性能耐久结构胶粘剂也是一种新的挑战。

本着“为减轻每一克质量而奋斗”的理念，越来越多的高性能轻质材料（复合材料）应用在飞机结构中，而胶粘剂也因为其结构轻、连接效率高等优点现在逐渐成为飞机设计制造中不可或缺的部分。

与各向同性的金属材料相比，各向异性的复合材料经过切割或机械加工时会受到严重损伤和弱化，其层间剪切变得更敏感。

因此，胶接比机械连接更广泛地应用于先进复合材料的连接设计中，特别对于单向的复合材料，不允许出现应力集中的现象，胶接为高载荷提供了有效方法。

在高性能的航空复合材料制件的制造过程中，复合材料预固化后对制件进行胶接装配通常是必要的，通常采用热固性胶膜对这些基材进行二次胶接。

复合材料修补通常也可属于胶接范围。

还有未固化的预浸料蒙皮采用胶膜与各种各样的蜂窝进行胶接，即共固化胶接。

结构胶粘剂1 结构胶粘剂的概念结构胶粘剂（简称结构胶），按ASTM的定义是能在预定时间内，在使用环境中能承受相当的力，并具有与被粘物相匹配的强度和耐久的使用寿命。

结构胶粘剂一般以热固性树脂为基料，以热塑性树脂或弹性体为增韧剂，配以固化剂等组成，有的还加有填料、溶剂、稀释剂、偶连剂、固化促进剂、抑制腐蚀剂和抗热氧化剂等。

结构胶粘剂的特点在于不论用于什么粘接部位，均能承受一定的应力，并具有较好的不均匀扯离强度和疲劳强度。

胶粘剂的粘接强度主要取决于胶粘剂本身的内聚力及胶粘剂与被粘接材料之间的粘附力。

2 结构胶粘剂的种类结构胶粘剂的品种繁多，从不同角度对胶粘剂有不同的分类。

胶粘剂可按形态分为膜状、带状、液状、糊状等；可按固化温度分为中温固化结构胶、高温固化结构胶和室温固化结构胶；也可按化学成分分为改性环氧、改性酚醛、聚酰氩胺等；还可按使用特性分为板- 板胶、面板胶、芯条胶、发泡胶等。

复合材料连接技术对于传统金属材料结构而言，零件之间通常采用焊接的连接方式，其工艺成熟，传递载荷性能优异。

相对金属结构而言，碳纤维复合材料由于其材料、工艺等方面的限制，无法采用传统的连接方式，为保证各部件制件载荷的有效传递，必须采用合理的连接方式来解决。

因此，连接设计是保证在复合材料结构性能的关键环节之一。

复合材料连接技术分类1机械连接优点：便于检查，可靠性高；可重复装配，维修性好；无残余应力；受环境影响小。

缺点：制孔后孔周部位局部应力集中，降低了连接效率；打孔后层压板局部强度下降，需局部加厚；制孔要求较高；电化学腐蚀。

2胶接优点：无钻孔引起的应力集中，层压板强度不受影响；抗疲劳、密封减震、绝缘性好；组织裂纹扩展，安全性好；不同材料无电化学腐蚀。

缺点：强度分散性大，剥离强度低，难以传递大载荷；受环境影响大，易老化；胶接面需特殊处理，工艺要求严格；永久性连接，胶接后不可拆卸，修补困难。

3混合连接对于复合材料，单纯的机械连接及胶接都无法满足装配需求，更适合用混合连接，混合连接具备机械连接与胶接的优点。

可以阻止或延缓胶层损伤的扩展，提高抗剥离、抗冲击、抗疲劳和抗蠕变等性能；具备密封、减震、绝缘的情况下进一步增大连接强度，提高载荷传递能力；隔离金属紧固件与复合材料，无电化学腐蚀。

混合连接注意事项：应选用韧性胶黏剂，尽量使胶接的变形与机械连接的变形相协调；需要提高紧固件与孔的配合精度，否则易引起胶层剪切破坏，降低连接强度。

复合材料连接方法的选取应充分利用各自的优点，遵循原则如下：机械连接：主要用于传递集中载荷或强调可靠性的部位；其中螺栓连接比铆钉连接可承受更大的载荷，一般用于主承力结构的连接。

胶接：一般适用于传递均布载荷或承受剪切载荷的部位；可用于非主要承力结构上，在轻型飞机、汽车行业等应用较多；有密封、减震、绝缘等要求的部位。

混合连接：适用于要求安全余度较大的连接部位，一般适用于中等厚度板的连接。

焊接：主要适用于热塑性复合材料碳纤维复材胶接工艺自动胶接工艺1设计原则：优秀的胶接连接设计应使其胶接强度不低于被胶件本身的强度，否则胶接将成为薄弱环节，使胶接结构过早破坏；胶接连接设计应根据最大载荷的作用方向，使所设计的胶接连接以剪切的方式传递最大载荷，而其它方向载荷很小，尽量避免胶层受拉力和剥离力；应特别注意被胶接件热膨胀系数要匹配。

复合材料的粘接修理前言复合材料在飞机上的用量愈来愈广，以空中客车A380为例，用量占结构重量的28%, B787占51%o复合材料结构由于比重轻，强度大，刚度大，不易腐蚀等特点，在现代民航运输机中得到大量采纳。

因此，涉及复合材料结构损伤的修理便日益重要，特殊是由于复合材料结构抗冲击力量差，在使用中极易受到外来因素（如鸟击、雷击、弹伤以及维护或操作不当等状况）发生以冲击损伤为主的各种结构破坏，如分层、裂纹、破孔和断裂等。

这些损伤会显著降低复合材料的静、动态承载性能，严峻时会直接影响飞行平安，如不准时修复，将会使整个复合材料部件失效，花巨额费用进行更换。

复合材料的修理方法可分为机械修理和粘接修理两大类。

机械修理方法存在着结构增重较多、修理区应力较大、修理补片影响修复区的电性能等缺点，因此，目前复合材料结构损伤主要采纳粘接修理方法。

一、标准复合材料修理（一）常见结构复合材料结构制造中所采纳的材料为玻璃纤维增加塑料（GFRP）＞碳纤维增力口塑料（CFRP）以及芳纶纤维增加塑料（AFRP）。

这些材料用于夹心结构以及整体结构的制造。

在进行永久修理时，修理材料一般必需按下列准则与原制造材料相协作：I、只用碳纤维材料修理碳纤维结构。

n、只用玻璃纤维材料修理玻璃纤维或芳纶纤维结构。

A、蜂窝夹芯部件玻璃纤维增加塑料、碳纤维增加塑料以及芳纶纤维增加塑料构成了这类部件的蒙皮，然后将蒙皮与金属或非金属的芯子胶接在一起，芯子通常采纳蜂窝结构。

B、整体结构部件整体结构部件由带内部桁条、肋及翼梁的复合材料蒙皮构成。

它供应刚度及强度。

C、混合结构部件这类部件由混合结构制成，包括部分整体结构及部分夹芯结构。

（―）修理材料1、环氧树脂体系环氧树脂由两部分组成：树脂和催化剂（也称固化剂）。

环氧树脂供应了很好的机械和抗疲惫性能，尺寸稳定性相当好，抗腐蚀，层间结合强度高，有良好的电学性能和低的吸湿性O2、纤维增加材料①玻璃纤维②KCVIar纤维——芳纶纤维③碳/石墨④硼⑤陶瓷纤维3、粘接剂①胶膜胶膜是涂在一层支持薄膜上的粘接剂。