碳纖維復(fù)合材料膠粘劑設(shè)計(jì)和配置考慮事項(xiàng)

junnuo68

如今，許多公司使用特定碳纖維復(fù)合材料來替代傳統(tǒng)材料，包括使用結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)師需考慮一系列新變量:接頭設(shè)計(jì)/粘合劑裝配, 要求裝配時(shí)間, 表層準(zhǔn)備/膠層厚度, 異種材料熱膨脹, 成本效率，屈服應(yīng)力和理想失效模式。

接頭設(shè)計(jì)/膠粘劑裝配
粘合接頭設(shè)計(jì)時(shí)需要評(píng)估的第一個(gè)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(yīng)用到接頭的壓力也會(huì)影響膠粘劑的有效性。

三種基本應(yīng)力類型：張應(yīng)力、剪切、剝離。

張應(yīng)力
張應(yīng)力僅應(yīng)用于理想的裝配應(yīng)用領(lǐng)域。無任何剝離因素在內(nèi)，壓力或負(fù)荷延伸了統(tǒng)一方向的整個(gè)黏性面積。 這是很罕見的，因?yàn)槟z接件容易彎曲，產(chǎn)生一些剝離壓力。

剪切應(yīng)力
另一個(gè)比較常見的應(yīng)力是剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力測(cè)試將為設(shè)計(jì)者提供有用的信息。這種應(yīng)力類型本身可直接導(dǎo)致粘合劑或基片（分層或破損）分離，穿過粘著力時(shí)，力量是向著相反的方向拉伸的。當(dāng)連接兩個(gè)扁平相似或不同基片時(shí)，可應(yīng)用搭接處。

剝離應(yīng)力
剝離應(yīng)力是需要評(píng)估的最后一種類型應(yīng)力。一般而言，測(cè)試時(shí)，使用剛性或柔性材料，可產(chǎn)生剝離應(yīng)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(qiáng)度比剪切強(qiáng)度要低，因?yàn)槠茡p點(diǎn)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(dǎo)致故障逐漸延伸。因此，當(dāng)膠接件對(duì)剪切應(yīng)力起反應(yīng)時(shí)，剝離應(yīng)力消除后，產(chǎn)生了有效的粘合接頭。如果無法避免剝離應(yīng)力，可評(píng)估或選擇更多具有持久性應(yīng)用的剝離應(yīng)力的柔性膠粘劑。

設(shè)計(jì)粘合接頭時(shí)，需要考慮的主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則包括：最大剪切/最小剝離和分裂；最大壓縮/最小拉伸應(yīng)力；接縫寬度比重疊長(zhǎng)度重要得多。

裝配時(shí)間
隨著對(duì)大容量和高速產(chǎn)品需求不斷增長(zhǎng)，組件裝配時(shí)間非常重要。需要回答的一個(gè)問題是，當(dāng)使用膠粘劑時(shí)，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(dá)到這一目的，室溫情況下，結(jié)構(gòu)型膠粘劑工作實(shí)踐也不同。為了確保膠粘劑有效性，需要考慮連接兩個(gè)相似或不同材料的工作實(shí)踐。這一段時(shí)間可能延長(zhǎng)，也可能會(huì)縮短，主要依賴于所使用的粘合結(jié)構(gòu)、周圍溫度和環(huán)境。一些兩層結(jié)構(gòu)型膠粘劑只有在室溫情況下才能凝固，反應(yīng)時(shí)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(shí)間減少一半。

一旦確立了工作時(shí)間，設(shè)計(jì)師應(yīng)知道或了解膠粘劑的發(fā)展強(qiáng)度。通過物理測(cè)試，可評(píng)定膠粘劑的強(qiáng)度。相對(duì)固定時(shí)間是，移動(dòng)裝配之前，夾緊或固定粘結(jié)接頭時(shí)。在這段時(shí)間中，設(shè)計(jì)師應(yīng)識(shí)別，使用膠粘劑，哪種當(dāng)前裝配程序可省略，裝配需要多長(zhǎng)時(shí)間，可節(jié)省多少時(shí)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?yàn)槲锢碡?fù)荷可分散到更寬闊的表面中去。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)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(huì)變因?yàn)榛A(chǔ)材料的化學(xué)性、模制或加工條件的變化，復(fù)合材料部分使用的脫模劑也會(huì)影響。

一些結(jié)構(gòu)性膠粘劑規(guī)模較大，需要一定量的粘合材料才能起反應(yīng)，適當(dāng)凝固。所以，對(duì)設(shè)計(jì)師而言，標(biāo)準(zhǔn)的膠衣厚度非常重要。通過幾種方法可獲得適宜的厚度。

對(duì)于澆鑄型復(fù)合材料部件而言，粘結(jié)之前，可設(shè)計(jì)膠衣厚度。如果模子內(nèi)無法計(jì)算出膠粘劑膠衣的公差，簡(jiǎn)單測(cè)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(dāng)相似或不同材質(zhì)中增加壓力時(shí)，壓力應(yīng)足夠明顯，可清晰看到粘合面積兩端中粘合劑的流動(dòng)。如果粘合接頭處使用了過度的壓力，制造商就要承擔(dān)“缺少”膠衣的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)大部分膠粘劑從粘合面積中被擠出來時(shí)，缺少膠衣的情況就會(huì)發(fā)生。缺少膠衣的結(jié)果一般是粘結(jié)接頭效果較弱，缺乏全部黏性物理屬性。

熱膨脹
另一個(gè)需要考慮的設(shè)計(jì)變量是熱膨脹系數(shù)的不同，尤其是連接兩個(gè)不同材料時(shí)。由于其不同密度，兩種物質(zhì)接受和傳輸?shù)臒崃坎煌?。粘合溫度和環(huán)境條件也會(huì)有區(qū)別。因此，熱膨脹系數(shù)是常數(shù)項(xiàng)變量，

不應(yīng)忽略這一因素。然而，當(dāng)使用具有較大靈活性和延伸率的結(jié)構(gòu)型膠粘劑時(shí)，這一常數(shù)項(xiàng)變量將不再是一個(gè)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(shí)，凝固了的結(jié)構(gòu)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(qiáng)度依賴于接頭設(shè)計(jì)、膠粘劑系統(tǒng)的有效性，物理負(fù)荷是如何分散至裝配線的。如需回答物理負(fù)荷是如何分散的，設(shè)計(jì)師應(yīng)將膠粘劑覆蓋范圍最大化。此外，膠粘劑接頭應(yīng)具有最大的表面面積。

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

當(dāng)使用結(jié)構(gòu)型膠粘劑替代傳統(tǒng)膠粘技術(shù)時(shí)，必須進(jìn)行以下計(jì)算，以確保設(shè)計(jì)的精確性。
屈服應(yīng)力和理想失效模式
最后一項(xiàng)設(shè)計(jì)變量是驗(yàn)證膠接件的屈服應(yīng)力和實(shí)效模式。膠粘劑合格和在目前應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用的要求是什么呢？膠接處的物理測(cè)試要求分析和確認(rèn)實(shí)效模式。對(duì)設(shè)計(jì)師或生產(chǎn)商而言，實(shí)效模式結(jié)構(gòu)和壓力分析所得結(jié)果價(jià)值非常大。這一信息可作為最終裝載負(fù)荷要求的基準(zhǔn)。

在某種意義上，測(cè)試膠接處的關(guān)鍵是尋找類似于實(shí)際膠接件的產(chǎn)品。測(cè)試一旦完成，可評(píng)估失效模式。一般情況下，黏性測(cè)試失效由膠粘劑、粘聚性以及基片實(shí)效模式組成。其它失效模式確實(shí)存在，但都和表面有關(guān)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(shí)別高應(yīng)力區(qū)。

zhuoluo

嗯不錯(cuò)，謝謝樓主分享

gougou200699

請(qǐng)問樓主是從事結(jié)構(gòu)性膠黏劑方面的工作嗎