碳纖維復合材料膠粘劑設計和配置考慮事項

junnuo68

如今，許多公司使用特定碳纖維復合材料來替代傳統(tǒng)材料，包括使用結構型膠粘劑來連接不同材料。為了節(jié)省這種連接方式的成本，提高產(chǎn)品優(yōu)異性能，設計師需考慮一系列新變量:接頭設計/粘合劑裝配, 要求裝配時間, 表層準備/膠層厚度, 異種材料熱膨脹, 成本效率，屈服應力和理想失效模式。

接頭設計/膠粘劑裝配
粘合接頭設計時需要評估的第一個變量。粘合劑的有效性高度依賴于基片的表面，環(huán)境以及應用到接頭的壓力也會影響膠粘劑的有效性。

三種基本應力類型：張應力、剪切、剝離。

張應力
張應力僅應用于理想的裝配應用領域。無任何剝離因素在內(nèi)，壓力或負荷延伸了統(tǒng)一方向的整個黏性面積。 這是很罕見的，因為膠接件容易彎曲，產(chǎn)生一些剝離壓力。

剪切應力
另一個比較常見的應力是剪切應力。剪切應力測試將為設計者提供有用的信息。這種應力類型本身可直接導致粘合劑或基片（分層或破損）分離，穿過粘著力時，力量是向著相反的方向拉伸的。當連接兩個扁平相似或不同基片時，可應用搭接處。

剝離應力
剝離應力是需要評估的最后一種類型應力。一般而言，測試時，使用剛性或柔性材料，可產(chǎn)生剝離應力。由于粘合物分離，傳至粘合膠層，粘合接頭一邊的壓力可出現(xiàn)故障。一般情況下，剝離強度比剪切強度要低，因為破損點局限于粘合劑的邊緣，一旦出現(xiàn)故障，僅較少的壓力就可導致故障逐漸延伸。因此，當膠接件對剪切應力起反應時，剝離應力消除后，產(chǎn)生了有效的粘合接頭。如果無法避免剝離應力，可評估或選擇更多具有持久性應用的剝離應力的柔性膠粘劑。

設計粘合接頭時，需要考慮的主要設計準則包括：最大剪切/最小剝離和分裂；最大壓縮/最小拉伸應力；接縫寬度比重疊長度重要得多。

裝配時間
隨著對大容量和高速產(chǎn)品需求不斷增長，組件裝配時間非常重要。需要回答的一個問題是，當使用膠粘劑時，將基片連接在一起，粘合接頭固定后，多久可付諸使用？

為了達到這一目的，室溫情況下，結構型膠粘劑工作實踐也不同。為了確保膠粘劑有效性，需要考慮連接兩個相似或不同材料的工作實踐。這一段時間可能延長，也可能會縮短，主要依賴于所使用的粘合結構、周圍溫度和環(huán)境。一些兩層結構型膠粘劑只有在室溫情況下才能凝固，反應時間受溫度的影響。一些快速凝固型粘合劑可將傳統(tǒng)裝配時間減少一半。

一旦確立了工作時間，設計師應知道或了解膠粘劑的發(fā)展強度。通過物理測試，可評定膠粘劑的強度。相對固定時間是，移動裝配之前，夾緊或固定粘結接頭時。在這段時間中，設計師應識別，使用膠粘劑，哪種當前裝配程序可省略，裝配需要多長時間，可節(jié)省多少時間。

表面處理/膠層厚度
與傳統(tǒng)鉚釘和緊固件相比，膠粘劑是一種比較有效的連接方法，因為物理負荷可分散到更寬闊的表面中去。設計的結構型膠粘劑具有優(yōu)異的表面附著力，表面粘力非常高。然而，表面可能會變因為基礎材料的化學性、模制或加工條件的變化，復合材料部分使用的脫模劑也會影響。

一些結構性膠粘劑規(guī)模較大，需要一定量的粘合材料才能起反應，適當凝固。所以，對設計師而言，標準的膠衣厚度非常重要。通過幾種方法可獲得適宜的厚度。

對于澆鑄型復合材料部件而言，粘結之前，可設計膠衣厚度。如果模子內(nèi)無法計算出膠粘劑膠衣的公差，簡單測量一下即可。可使用一些較小的塑膠墊片或薄型塑料墊片來確定厚度。

當相似或不同材質(zhì)中增加壓力時，壓力應足夠明顯，可清晰看到粘合面積兩端中粘合劑的流動。如果粘合接頭處使用了過度的壓力，制造商就要承擔“缺少”膠衣的風險。當大部分膠粘劑從粘合面積中被擠出來時，缺少膠衣的情況就會發(fā)生。缺少膠衣的結果一般是粘結接頭效果較弱，缺乏全部黏性物理屬性。

熱膨脹
另一個需要考慮的設計變量是熱膨脹系數(shù)的不同，尤其是連接兩個不同材料時。由于其不同密度，兩種物質(zhì)接受和傳輸?shù)臒崃坎煌Ｕ澈蠝囟群铜h(huán)境條件也會有區(qū)別。因此，熱膨脹系數(shù)是常數(shù)項變量，

不應忽略這一因素。然而，當使用具有較大靈活性和延伸率的結構型膠粘劑時，這一常數(shù)項變量將不再是一個問題。選擇了合適膠粘劑，不同材料暴露于不同溫度條件下時，凝固了的結構型膠粘劑可抵抗和抵消產(chǎn)生的壓力。

成本效率
最終裝配的強度依賴于接頭設計、膠粘劑系統(tǒng)的有效性，物理負荷是如何分散至裝配線的。如需回答物理負荷是如何分散的，設計師應將膠粘劑覆蓋范圍最大化。此外，膠粘劑接頭應具有最大的表面面積。

結合在一起時，膠粘劑覆蓋面或表面尺寸的數(shù)量可影響裝配的強度以及承受較大負荷的能力。表面面積越大，膠粘劑強度也就越大。表面面積取決于膠粘劑覆蓋面的寬度和時間長短。厚度或高度取決于膠衣厚度，結構型膠粘劑應先確定膠衣厚度。統(tǒng)一的膠衣厚度非常重要，有助于測量膠粘劑的性能。

當使用結構型膠粘劑替代傳統(tǒng)膠粘技術時，必須進行以下計算，以確保設計的精確性。
屈服應力和理想失效模式
最后一項設計變量是驗證膠接件的屈服應力和實效模式。膠粘劑合格和在目前應用領域應用的要求是什么呢？膠接處的物理測試要求分析和確認實效模式。對設計師或生產(chǎn)商而言，實效模式結構和壓力分析所得結果價值非常大。這一信息可作為最終裝載負荷要求的基準。

在某種意義上，測試膠接處的關鍵是尋找類似于實際膠接件的產(chǎn)品。測試一旦完成，可評估失效模式。一般情況下，黏性測試失效由膠粘劑、粘聚性以及基片實效模式組成。其它失效模式確實存在，但都和表面有關系。在此程序中以及早期階段，經(jīng)常使用工程軟件程序，以幫助識別高應力區(qū)。

zhuoluo

嗯不錯，謝謝樓主分享

gougou200699

請問樓主是從事結構性膠黏劑方面的工作嗎