复合材料连接方式主要分为三类:胶连接、机械连接(包括螺栓连接和铆接)与混合连接 (包含胶连接机械连接)。从连接效率来看,复合材料结构应尽量采用共固化或二次胶接,少用机械连接,以免钻孔切断纤维。在碳纤维管的连接中多数还是采用胶接连接的方式,本文来针对碳纤维管的胶接连接做个系统的分析,希望大家能对其有更多的了解。
1、胶连接的特点
胶连接是用胶粘剂将被胶接零件连接成一个整体,是一种实用的连接方法。胶连接不破坏纤维,避免应力集中;结构重量轻、连接效率高;可以用于连接薄壁、异形、复杂的零件;表面光滑、工艺简便、成本低。胶接工件耐腐蚀性能好,永久变形小。
但是胶连接质量控制比较困难;胶接性能受环境(湿、热等)的影响大,存在老化问题;胶接强度分散性大,剥离强度低,不能传递大的载荷,胶接表面在胶接前需作特殊的表面处理;被胶接件间隙配合公差要求严格,修补比较困难,胶接后不可拆卸。
胶连接适用于承载较小、构件较薄、工作环境不十分恶劣的情况。
2、胶粘剂
胶粘剂需要具备的性能:
(1)与被连接件的相容性好,即粘接强度要高,不致在胶接件界面发生破坏;
(2)在尽量低的温度下固化;
(3)与被连接件的热膨胀系数要接近;
(4)湿度影响应尽可能小;
(5)有较好的力学性能;
(6)工艺性能好,使用方便;
(7)胶接耐久性应高于结构所预期的寿命。
3、胶接的基本破坏形式
胶接连接接头的受力类型主要有正拉力、剪切力、不均匀扯离力和剥离力,胶接接头在拉伸或压缩载荷作用下,主要有三种破坏模式,即剪切破坏、拉伸(或拉弯)破坏和剥离破坏。
4、胶连接设计的一般原则
(1)胶接的基本形式
胶接的基本形式有单搭接、双搭接、斜接、斜搭接、阶梯形搭接和混合搭接等多种形式,一般来说,当被胶接件比较薄时,采用单搭接或双搭接,而当被胶接件较厚时,多采用阶梯形搭接或斜接。
(2)胶接连接中被胶接件的待胶接表面的纤维取向胶接表面纤维尽量与载荷方向一致,或成45°角,不能与载荷方向垂直,以免发生层间剥离破坏。胶接面的泊松比应尽量相等。
(3)胶粘剂的选择
胶粘剂的使用温度应与构件的使用温度相近,热膨胀系数也要接近,胶粘剂的固化温度要低,以改善工艺。
胶粘剂胶接的实质被胶接件与胶层之间复杂的作用过程,胶接表面加工质量对胶接质量(静强度和耐久性)的影响很大。为了获得高强度的连接接头,碳纤维连接表面要进行研磨.据相关的资料介绍,碳纤维复合材料胶接前被胶接表面只需轻微砂光,连接接头强度就会比直接采用脱模进行胶接的强度提高30%。
对于碳纤维管的被胶接面,首先要对被胶接面进行研磨,除去表面多余树脂,使表面均匀平整,其次用砂纸在洗洁精水中清洗,并用清水冲洗,除去灰尘和油污,然后进行烘干处理。处理完后要尽快上胶与连接件进行胶接,防止被胶接面受到污染。