目前，復(fù)合材料通常是以零部件的形式應(yīng)用于航空、汽車、軌道車輛以及各種機(jī)械設(shè)備的制造中，因此，復(fù)合材料部件之間、復(fù)合材料與其它類部件之間的連接至關(guān)重要。近年來(lái)，復(fù)合材料一體化成型技術(shù)的發(fā)展尤為迅速，但在航空航天等一些關(guān)鍵領(lǐng)域，復(fù)合材料連接技術(shù)的需求持續(xù)存在，所以，也充分體現(xiàn)了復(fù)合材料連接技術(shù)的開發(fā)的必要性。

一、復(fù)合材料連接技術(shù)分類

樹脂基復(fù)合材料可按照樹脂的形態(tài)來(lái)分為兩類，即熱固性樹脂和熱塑性樹脂。其對(duì)應(yīng)的連接技術(shù)也有一些差異。比較常見的連接技術(shù)有機(jī)械連接、膠接連接，也有同時(shí)應(yīng)用前兩種方式的混合連接技術(shù)。

機(jī)械連接技術(shù)安全可靠，傳遞載荷大，并且可重復(fù)裝配和拆卸。雖然復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一體化成型技術(shù)的發(fā)展，，機(jī)械連接雖然連接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，但連接接頭重量大，裝配效率較低；膠接連接相比于機(jī)械連接，具有輕質(zhì)、無(wú)破壞性、容易實(shí)現(xiàn)成型一體化，所以對(duì)于一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的連接多選擇膠接方式。

螺接是飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)最主要的機(jī)械連接方法，但單個(gè)螺栓成本高、輕量化效果不佳，加之單架飛機(jī)用量大，往往造成飛機(jī)復(fù)合材料連接成本高、增重明顯。有研究表明：相比于螺接，鉚接可靠性高，而成本不到螺接十分之一甚至更低，裝配工藝更簡(jiǎn)便、輕量化效果更明顯，其在飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造和修復(fù)中具有潛在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

但在鉚接過程中，CFRP極易發(fā)生損傷，近日由川大研發(fā)的無(wú)損鉚接技術(shù)。提高了連接強(qiáng)度約87%、抗剪切拉伸能力33%、連接疲勞壽命1000%，而使其連接重量減輕27%、連接成本降低90%，成功在實(shí)現(xiàn)無(wú)損鉚接的基礎(chǔ)上減輕了結(jié)構(gòu)重量，降低了應(yīng)用成本。

膠接是連接采用膠黏劑將零件連接成不可拆卸整體的一種連接工藝。這種連接方式可使金屬和復(fù)合材料無(wú)縫連接，可以承載較大的拉伸、剪切力和扭矩，同時(shí)對(duì)于材料的性質(zhì)改變較小。因此，粘接連接是目前應(yīng)用最多的連接方式之一，比機(jī)械連工藝接應(yīng)用更為廣泛。且是一種較實(shí)用有效的連接工藝技術(shù)，有時(shí)還能為研制生產(chǎn)解決關(guān)鍵性工藝技術(shù)，

膠接連接一般有如下的優(yōu)缺點(diǎn)。膠接連接的優(yōu)點(diǎn)：有阻止裂紋擴(kuò)展的作用，破壞安全性好；不存在制孔引起的強(qiáng)度下降；沒有腐蝕問題，能獲得光滑的氣動(dòng)外形；抗疲勞、減振、密封及絕緣性能好；不使用緊固件，結(jié)構(gòu)輕，制造成本低。膠接連接的缺點(diǎn)：需要提前對(duì)膠接表面進(jìn)行特殊處理，并且被膠接接件之間精度要求較高，需加溫加壓固化設(shè)備，修補(bǔ)較為困難；膠接是永久連接，膠接后不可拆卸，材料回收再利用困難；強(qiáng)度分散性大，剝離強(qiáng)度較低，且難以膠接較厚的結(jié)構(gòu)和傳遞大的載荷；連接效果難以控制，可靠性差。

膠接連接形式主要可分為兩大類：平面型搭接和正交形式的連接。平面型搭接構(gòu)型主要承受面內(nèi)拉伸載荷，膠層承受剪力，大多用于飛行器結(jié)構(gòu)中的板類構(gòu)件之間的連接，正交型搭接構(gòu)型以承受面外拉伸載荷為主，通常稱為拉脫載荷，主要用于板類構(gòu)件與梁、肋、桁條等的連接。

目前市場(chǎng)上碳纖維復(fù)合材料膠接用的膠粘劑主要有環(huán)氧樹脂、聚胺酯和丙烯酸三大類，在一定的溫度范圍內(nèi)，如0℃以下低溫環(huán)境和100℃以上環(huán)境下，可根據(jù)膠粘劑固有性質(zhì)和實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

熔融焊接是熱塑性復(fù)合材料特有的一種連接方式，熱塑性樹脂較低的表面能導(dǎo)致與膠黏劑結(jié)合能力差，其受熱軟化，冷卻硬化的特性使熔融焊接成為新型連接方法。還能避免機(jī)械連接預(yù)制孔會(huì)對(duì)增強(qiáng)纖維的破壞、異種材料連接可能產(chǎn)生電偶腐蝕弱化界面，從而影響整體結(jié)構(gòu)的性能。

常見的熔融焊接技術(shù)有4種：電阻焊接、感應(yīng)焊接、超聲焊接和激光焊接。

電阻焊接（RW）是電流流經(jīng)加熱元件產(chǎn)生焦耳熱，在加熱元件表面的高溫會(huì)導(dǎo)致熱塑性樹脂的熔化，由焊接壓力壓實(shí)形成焊接接頭。

感應(yīng)焊接（IW）是在導(dǎo)電線圈上施加交流電壓時(shí)產(chǎn)生交流電，感應(yīng)出時(shí)變磁場(chǎng)，當(dāng)加熱元件被放置在時(shí)變磁場(chǎng)附近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流流過導(dǎo)電回路在焊接界面產(chǎn)生熱量。

超聲焊接（UW）是通過超聲波發(fā)生器將高頻交流電轉(zhuǎn)換為高頻振動(dòng)，小振幅變化的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了分子間摩擦并轉(zhuǎn)換為熱能，經(jīng)過傳導(dǎo)到達(dá)接頭界面，直到熔融導(dǎo)能筋，在壓力下流動(dòng)并浸潤(rùn)待焊件形成連接。

激光焊接（LW）是用激光輻射加熱待加工表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復(fù)頻率等激光參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。

因熱塑性復(fù)合材料本身的一些缺陷如熱成型性差、延展性差，導(dǎo)致其難以直接加工為復(fù)雜構(gòu)件，僅適合加工低曲率的大型板件。如在汽車保險(xiǎn)杠內(nèi)部設(shè)計(jì)中，復(fù)合材料與金屬材料的連接往往都有局限性，鉚接用于復(fù)合材料與金屬連接時(shí)，會(huì)造成復(fù)合材料增強(qiáng)纖維的破壞；螺紋連接同樣會(huì)造成增強(qiáng)纖維的破壞，且連接構(gòu)件帶來(lái)額外的質(zhì)量。因此為了滿足眾多領(lǐng)域的需求，需要進(jìn)一步開發(fā)熱塑性復(fù)合材料與金屬連接的方案。

研究人員關(guān)注了機(jī)械方法、化學(xué)方法、金屬表面增材處理和激光加工4類機(jī)械結(jié)合界面調(diào)控方法，最大程度提高了接頭的界面強(qiáng)度。增強(qiáng)機(jī)械結(jié)合的方法是提高異質(zhì)結(jié)構(gòu)接頭力學(xué)性能的主要途徑?；瘜W(xué)方法雖然可提高金屬表面粗糙度，清潔金屬表面使活性金屬暴露出來(lái)，更有利于形成新的化學(xué)鍵，但會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的危害，且難以精確控制微結(jié)構(gòu)的形貌尺寸。

此外，還有通過金屬表面增材處理、高能量密度激光粗化等方法。

復(fù)相陶瓷、纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料以及熱電材料等先進(jìn)功能材料具有耐高溫性能、抗熱震和耐腐蝕性能、介電性能、能源轉(zhuǎn)換性能等特性，因此在航空航天構(gòu)件的應(yīng)用中備受關(guān)注。

與結(jié)構(gòu)材料不同，在先進(jìn)功能材料的連接中，除了要保證接頭能夠滿足力學(xué)性能和服役環(huán)境要求，同時(shí)還需盡可能地保持母材或接頭的功能性不受影響。研究發(fā)現(xiàn)，可通過多孔中間層、梯度復(fù)合層以及母材表面機(jī)械加工等多種創(chuàng)新方法，進(jìn)一步提高釬焊連接的性能。

參考資料

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