复合材料胶接技术的发展与应用

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1、．．2i!：!：：!I丝s。。e。s}：tss。。。l。s复合材料胶接技术的发展与应用DevelopmentandApplicationofCompositesAdhesiveBondingTechnology李春威工程师。现就职于中航通用飞机设计研究院，主要负责通用飞机结构设计选材工作．标准化工作。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

2、化，其层间剪切变得更敏感。因此，胶接比机88航空制造技术·2011年第20期中航通用飞机设计研究院李春威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。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Ⅲ。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”J。复合材料修补通常也可属于胶接范围。还

3、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

4、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一板胶、面板胶、￡Q丛￡Q曼l工巨s旦Q丛立l邕鱼．：li：燮芯条胶、发泡胶等。复合材料胶接技术在航空领域中的应用与发展从20世纪80年代起，先进复合材料已在在航空领域得到了广泛的应用，胶接结构在国内外航空复合材料结构件上的应用日益增多。A310全复合材料垂尾主接头由外接头、内接头和蒙皮及加强层共

5、固化胶接在一起；波音737平尾大梁是主要的承力件，采用的是T300／5208材料，腹板由两个预固化的槽形件背靠背的胶接在一起；LearFan2100全复合材料小飞机，机身蒙皮与骨架、蒙皮与蒙皮之间采用的是胶接连接；Y7—200B腹鳍蒙皮与隔板是用TOO／HD一03制成的全复合材料构件，它的蒙皮和隔板是单独制造的，采用J一47A胶粘剂胶接在一起；Y7—200A进气道采用碳一玻璃纤维混杂复合材料结构，唇口与进气道及上、下部之间采用AFl63—2L．03胶膜胶接的；Y一7FC垂尾壁板蒙皮与“T”形长桁之间采用AFl63—2L．03胶膜，用二次胶接进行连接；D

6、C一10垂尾墙的

7、7I加筋与蒙皮采用J116胶膜胶接在一起，墙的儿加筋与腹板用胶液连接吲。表l、表2分别列出几种典型国内外复合材料胶粘剂及其基本性能。结构胶粘剂在某型号通用飞机上的应用本文以某型号5座单喷涡桨通用飞机为原型机，介绍一下结构胶粘剂在原型机上的具体应用。此款飞机的整机结构除了机翼主起加强肋和一些连接结构件为金属材料外，其余全为复合材料结构件。飞机的机体结构主要采用碳纤维复合材料蜂窝夹层结构。各零部件的连接方式以胶接为主。下面主要介绍一下结构胶粘剂在此款飞机上的应用部位。(1)后机身内有两个加强框，由上下两个碳纤维复合材料件与蒙皮及垂直安定面

8、后梁胶接组成，垂直安定面内部有一个翼梁，采用碳纤维复合材料蜂窝夹层结构，采用胶接与蒙皮连接，如图1、图2所示。表1国外典型航空结构胶粘剂《公司牌号固化温剪切强度剥离强度／应用机种及部件耋度／℃(室温)／MPa(N／25．4mm)嚣，HexcelRedux31212042245金属板／板、板／芯、复合材料粘接FMl00017534金属板，板、板，芯、复合材料粘接CvtecFM7312035245金属板，板、板／芯、复合材料粘接AFl63—210735245板芯粘接3MAFl268224．155．6mN／mEA9330．1室温34．5156HenkelEA

9、9360室温34．5133自EA9696107-12943．4179金属板／板、板，芯粘接表2