龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
碳纤维复合材料连接技术研究
作者：荆楠
来源：《科技风》2019年第04期
摘要：介绍了胶接、机械连接及混合连接等碳纤维复合材料的常用连接方法及优缺点，总结了碳纤维复合材料的连接形式、接头强度的影响因素和接头的选用原则，并对国内外碳纤维复合材料连接的研究进展进行了简要介绍，最后展望了碳纤维复合材料连接的研究前景。 关键词：碳纤维复合材料；胶结；机械连接；混合连接 中图分类号： TP311文献标识码：A
The research of joint techniques for carbon fiber composite materials Jing nan
Tianjin sino-German University of Applied SciencesTianjin300300
Abstract：The joint techniques of carbon fiber composite materials is introduced， which includes the adhesive join，mechanical joint and hybrid joint.The advantages and disadvantages of these joints are also explained in this study. This summarizes the connect mode，influence factors for joint strength and selection principle. The developments of carbon composites joning techniques are introduced . Finally， the development trend of carbon fiber composite joint techniques joint techniques is summarized.
Key words：carbon fiber composite materials； adhesive join； mechanical joint ；hybrid joint 碳纤维复合材料具有质量轻、强度高、抗疲劳性能好、耐腐蚀等优点，其在航空器上的应用可以有效降低结构重量、提高航空器性能、降低运营成本。碳纤维复合材料在飞机上的使用比例和应用部位，已经成为衡量飞机是否先进的重要指标。[1]
在碳纤维复合材料的大量使用中，势必会需要和其他材料进行连接，例如复材和复材、复材和金属等。因此对碳纤维复合材料连接技术进行研究，对于飞机结构的设计及维修都具有十分重要的意义。
1 碳纤维复合材料的常用连接方法
复合材料零部件之间以及复合材料和金属零部件之间通常用三种连接方式：胶接、机械连接、混合连接等。[2]简介如下：
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
1.1 胶接
胶结是通过胶粘剂将两个或者多个构件的结合面进行连接在一起。它是复合材料连接中较普遍采用的一种连接方式。[2]其主要优缺点如下： 胶结的优点：
（1）可避免因制孔而引起的应力集中，层压板强度受影响； （2）连接效率高、结构轻，连接件成本较低； （3）抗疲劳、减振、密封及绝缘性能好； （4）可获得光滑的气动表面； （5）无不同材料间的电化学腐蚀问题。 胶结的缺点：
（1）缺少可靠的检测方法，胶结质量难以控制，且可靠性不高； （2）胶结强度分散大，剥离强度较低，难以传递较大载荷； （3）胶结前对表面处理的要求比较严格；
（4）胶结是不可拆卸的永久连接，材料回收难度大； （5）不适用于较厚的结构和传递较大的载荷； （6）胶结固化会产生较大的残余应力。 1.2 机械连接
机械连接主要是用紧固件将两个零部件连接在一起，比如螺栓、铆钉和特殊紧固件等。其中螺栓连接属于可重复拆卸式连接，其承载能力比铆钉连接高，一般用于主要承力结构的连接。铆钉属于不可重复拆卸连接，虽然承载能力较小，但是可以采用沉头铆钉的形式得到表面更光滑的连接件。[3]对于某些特殊要求，比如结构不开闭、难以接触、表面曲率大、密封要求高等情况，可视情采用合适的特殊紧固连接。 以下以螺栓连接为例介绍机械连接的优缺点。
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
机械连接的优点是：
（1）便于检查质量、有效保证检查的可靠性；
（2）对于螺栓连接来讲，在使用过程中可进行重复拆卸和安装； （3）对连接件表面的制备和处理精度要求較低；
（4）可避免胶接固化引起的残余应力，尤其对剥离应力不敏感； （5）对连接件的厚度要求没有限制。 机械连接的缺点是：
（1）制螺栓孔时，会导致孔周的应力集中，降低连接性能；
（2）为减小制孔对层压板强度的影响，通常需要增加局部层压板厚度，再加上紧固件的使用，导致连接件整体重量增加；
（3）部分钢质和几乎全部铝合金紧固件和复合材料接触会产生电化学腐蚀； （4）制孔过程会对复合材料产生不同程度的损伤； （5）与之配合的金属件易于疲劳。 1.3 混合连接
混合连接是采用至少两种连接方式将两个或两个以上的构件连接起来。通常是贯穿层合板厚度的机械连接与胶接同时使用，例如螺栓连接与胶接、铆钉连接与胶接等。若从工艺上严格保证连接质量，使两者变形一致，同时受载，则可以起到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的作用。同时，混合连接也会带来诸如孔应力集中、增加结构重量和成本的不利影响。 1.4 连接方式的选择
在复合材料连接中，采取何种连接方式要视情况而定。通常来讲，对于需要传递较大的集中载荷和强调可靠性的部位，多采用机械连接方式。对于需要传递均布载荷或承受剪切载荷的部位，多采用连接效率较高的胶接连接。[3]混合连接则适用于要求多余度连接的部位，如中等厚度板的连接。
2 碳纤维复合材料连接形式和影响因素
碳纤维复合材料连接技术研究
