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摘要:在大型或復(fù)雜航空結(jié)構(gòu)生產(chǎn)、組裝時(shí)，構(gòu)件間的連接尤為重要。傳統(tǒng)的復(fù)合材料連接技術(shù)具有一些明顯缺陷。針對(duì)熱塑性復(fù)合材料，人們一邊深入探索新型高效的機(jī)械連接和膠接方法的同時(shí)，一邊著眼于具有巨大潛力的熔融焊接技術(shù)。針對(duì)熱塑性復(fù)合材料各類連接技術(shù)，對(duì)它們的特點(diǎn)、應(yīng)用及研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述，重點(diǎn)論述了電阻焊接、感應(yīng)焊接、超聲焊接三種焊接技術(shù)，并對(duì)航空結(jié)構(gòu)熱塑性復(fù)合材料發(fā)展進(jìn)行了展望。

1機(jī)械連接

航空結(jié)構(gòu)整體化成型技術(shù)的發(fā)展，使機(jī)械連接結(jié)構(gòu)大幅度減少，但是某些傳遞大載荷的分離面仍需要采用機(jī)械連接，因此也就更為關(guān)鍵。如空客A380機(jī)身段的連接和機(jī)翼的鉚接，F(xiàn)-22型戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼使用緊固連接件高達(dá)14000個(gè)。另外，機(jī)械連接雖然有連接效率低的缺點(diǎn)，但其突出的優(yōu)點(diǎn)是安全可靠、傳遞大載荷、可重復(fù)裝配和拆卸。因此，機(jī)械連接在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍是飛機(jī)結(jié)構(gòu)主要的連接手段之一。機(jī)械連接按照連接對(duì)象可分為復(fù)合材料連接或復(fù)合材料與金屬連接。圖1所示為鋁和復(fù)合材料的兩步緊固，將鋁和層合板放置于沖頭和分體式模具之間，通過(guò)沖壓形成機(jī)械互鎖，再經(jīng)過(guò)底部模具向上壓實(shí)形成咬合連接結(jié)構(gòu)。

圖1兩步緊固連接示意圖

Fig1Schematicdiagramoftwostepfastening

TPC與金屬的機(jī)械連接研究主要是設(shè)計(jì)先進(jìn)的緊固工藝以獲取高強(qiáng)度接頭。Lambiase等研究了鋁和CFＲP的兩步緊固，表明沖頭錐度和直徑會(huì)顯著影響接頭底部形貌和CFＲP的損傷形式。將沖頭錐度角從12°減少到6°，剪切強(qiáng)度可增加50%。沖頭直徑增加能提高鋁和CFRP接觸面積，但容易造成層合板產(chǎn)生分層缺陷(圖1)。Lambiase對(duì)比分析了不同緊固模具對(duì)TPC/金屬連接接頭的影響。證明開槽模具不適合連接TPC，矩形模具通過(guò)較低的連接力能獲得較高的剝離強(qiáng)度，圓形模具可以成型出性能最佳接頭。孫勝等通過(guò)有限元方法建立了復(fù)合材料螺栓連接和鉚接模型，較小過(guò)盈量的干涉配合能提高連接強(qiáng)度，采用凸頭鉚釘?shù)倪B接結(jié)構(gòu)擠壓強(qiáng)度與埋頭鉚釘相比提高15%。

為了減少工藝引起的損傷，可以通過(guò)加熱基體來(lái)提高延展性。Benjamin等介紹了三種新型的機(jī)械連接技術(shù)，如圖2所示。1)沿厚度方向切割金屬及TPC，局部加熱使樹脂軟化后通過(guò)模壓成型(貼合);2)在加熱后的TPC內(nèi)植入嵌件，在TPC不變形的前提下成型(鑲嵌);3)對(duì)傳統(tǒng)剛性連接的改動(dòng)，通過(guò)模壓直接成型(壓合)。貼合連接使纖維重新定向，接頭成型快，適用于連接超高強(qiáng)度鋼或厚層合板。鑲嵌連接使纖維在樹脂流動(dòng)狀態(tài)下被移到兩邊，應(yīng)用更加靈活。壓合連接不需要準(zhǔn)備步驟或精度要求，不用打孔破壞纖維。

2膠黏連接

膠黏連接是一種能夠傳遞均勻應(yīng)力的高效連接方式，減重的同時(shí)提高了抗疲勞和耐腐蝕能力。現(xiàn)代飛機(jī)的機(jī)身、油箱、艙門等部件的制造中均有大量應(yīng)用，例如B-58重型轟炸機(jī)采用膠接取代約50萬(wàn)只鉚釘，黏接壁板面積占全機(jī)總面積的85%;一架小型飛機(jī)采用膠接替代鉚接，可減重20%，強(qiáng)度提高30%。金屬與復(fù)合材料膠接破壞形式如圖3所示。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于膠接受工藝影響較大，并且復(fù)合材料與膠層界面復(fù)雜，基體/膠層界面的黏接強(qiáng)度難以準(zhǔn)確測(cè)定。從其破壞形式可知，要獲得承載性能最佳的膠接接頭，需要提高膠黏劑和基材之間、層合板層間的界面結(jié)合強(qiáng)度，使最終破壞形式傾向于膠層內(nèi)聚破壞，最大化發(fā)揮膠黏劑性能。

董煒等研究了表面處理工藝對(duì)鈦板與復(fù)合材料黏接性能的影響，證明合適的表面處理工藝能提高膠黏效果。Hirulkar等研究了濕熱老化結(jié)合循環(huán)熱沖擊對(duì)CFRP膠接接頭彎曲性能的影響，濕熱老化時(shí)，溫度越高接頭強(qiáng)度降低越明顯，而熱沖擊對(duì)彎曲性能影響不大。與TSC相比較，TPC吸水率低，不易受濕熱條件影響，但膠黏劑種類不同會(huì)導(dǎo)致耐濕熱性能有所區(qū)別，影響接頭性能。要實(shí)現(xiàn)良好的黏接，需要根據(jù)基材類型和性質(zhì)、接頭服役環(huán)境、成本因素選用合適的膠黏劑。進(jìn)行相應(yīng)篩選試驗(yàn)，獲取不同結(jié)構(gòu)膠黏劑的力學(xué)性能，以供合適的選擇。

為獲得足夠的接頭強(qiáng)度，Peng等采用熱熔膠膜和熔融黏接兩種連接技術(shù)研究了工藝參數(shù)(熔融溫度、鋪層順序等)對(duì)玻璃纖維/聚丙烯(GF/PP)接頭強(qiáng)度的影響，相比之下熔接強(qiáng)度更高，而熱熔膠膜連接加工周期短，成型壓力更低。

TPC具有較低的表面能，這使得黏合劑很難黏附表面并產(chǎn)生良好的黏接。Rhee等在固定氣氛環(huán)境下，用直流等離子改性鋁板表面，增加了表面粗糙度，剪切強(qiáng)度相較原始試樣提高33%，剝離強(qiáng)度提高6倍。Rhee等研究了輻照處理對(duì)鋁－復(fù)合材料黏接接頭的影響，氧環(huán)境下，氬離子輻照能使碳氧親水鍵強(qiáng)度增加，斷裂韌性有顯著提高。所以黏合劑和表面處理方法的選擇對(duì)于接頭強(qiáng)度至關(guān)重要，也是具有前景的研究方向。

3熔融焊接

在連接復(fù)合材料時(shí)，使用機(jī)械連接預(yù)制孔會(huì)破壞增強(qiáng)纖維，而影響整體結(jié)構(gòu)性能，異種材料連接還有可能產(chǎn)生電偶腐蝕弱化界面。對(duì)膠接來(lái)說(shuō)，受環(huán)境影響、黏結(jié)劑的固化時(shí)間較長(zhǎng)是其主要缺點(diǎn)。此外，TPC的膠接還需要預(yù)處理以改善復(fù)合材料的潤(rùn)濕性和表面張力。

熔融焊接指的是將界面處的樹脂加熱至黏性狀態(tài)，使樹脂基體相互擴(kuò)散，并冷卻形成焊接接頭。根據(jù)發(fā)熱機(jī)制的不同可以將熔融焊接分為三類，如圖4所示。德國(guó)宇航中心采用電阻焊接制造了新A320飛機(jī)后壓力艙壁展示件，采用碳纖維結(jié)代替原有金屬網(wǎng)，將8塊CF/PPS復(fù)合材料部件焊接起來(lái)。荷蘭Fokker公司采用CF/PPS復(fù)合材料通過(guò)感應(yīng)焊接制備了灣流G650的方向舵和升降舵。與機(jī)械連接和膠接相比，焊接方法可以獲得可靠、穩(wěn)定的接頭，更具發(fā)展優(yōu)

3.1電阻焊接

電阻焊接(ＲW)原理如圖5所示。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

目前研究集中在控制焊接過(guò)程的參數(shù)以及影響接頭質(zhì)量的因素。21世紀(jì)初Stavrov等認(rèn)為搭接剪切強(qiáng)度測(cè)試(LSST)是表征接頭力學(xué)性能的唯一方法，但隨著研究深入，Reis等認(rèn)為L(zhǎng)SST只能提供斷裂時(shí)的平均剪應(yīng)力，無(wú)法表征實(shí)際環(huán)境復(fù)雜性，需要單一或混合加載的韌性試驗(yàn)評(píng)估接頭的斷裂行為。接頭溫度分布會(huì)影響整體結(jié)構(gòu)和最終力學(xué)性能，Panneerselvam等對(duì)GF/PP的電阻焊接展開研究，電流水平、壓力大小及加熱時(shí)間會(huì)影響接頭性能，電流過(guò)低或加熱時(shí)間太短不足以軟化基體，反之又會(huì)引起局部過(guò)熱或纖維斷裂。Shi等發(fā)現(xiàn)，GF/PEI焊接接頭內(nèi)部溫度和熱應(yīng)力分布會(huì)影響孔隙分布，而孔隙形成與殘余物(制備預(yù)浸料的溶劑和水分)揮發(fā)或高溫下基體剛度降低引起的殘余壓應(yīng)力釋放有關(guān)。

加熱元件(HE)作為焊接過(guò)程中最關(guān)鍵的部分，如何產(chǎn)生均勻的加熱和較好的界面結(jié)合強(qiáng)度是人們所關(guān)注的重點(diǎn)。20年前Ageorges等就比較了單向纖維和織物兩種加熱元件，兩者都顯示出溫度隨電阻增加而增加的特性，但織物相比具有更好的溫度均勻性，單向纖維橫向上的傳熱相當(dāng)差。單向纖維的好處在于不會(huì)產(chǎn)生異種植入物，同種材料的結(jié)合性能更好。而力學(xué)性能方面，織物比單向纖維的搭接剪切強(qiáng)度(LSS)高出69%，層間斷裂韌性(GIC)高179%。González等對(duì)兩種系列的不銹鋼網(wǎng)加熱元件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，加熱元件參數(shù)如表1所示。不銹鋼網(wǎng)較小的絲束密度能使熔融樹脂在網(wǎng)眼兩側(cè)均勻擴(kuò)散，但更大的絲束密度代表更快的加熱速度，達(dá)到所需樹脂熔融溫度時(shí)的電流強(qiáng)度更低。由于TPC電阻焊接時(shí)加熱元件與碳纖維不可避免的接觸，可能會(huì)在接頭內(nèi)部產(chǎn)生新的回路導(dǎo)致漏電，影響界面性能。Dubé等開發(fā)了一種陶瓷涂層(TiO2)不銹鋼網(wǎng)的絕緣加熱元件，在加熱元件表面通過(guò)高速氧火焰噴涂法沉積一層高延展性的納米結(jié)構(gòu)TiO2粉末，涂層良好的隔熱性能降低了邊緣效應(yīng)，提高了焊縫溫度均勻性，同時(shí)在樹脂熔融后觀測(cè)到電阻值并沒(méi)有下降，成功防止電流泄漏。

3.2感應(yīng)焊接

感應(yīng)焊接(IW)的原理是在導(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(guò)導(dǎo)電回路在焊接界面產(chǎn)生熱量，因此也可以使用編織增強(qiáng)纖維產(chǎn)生閉環(huán)，如圖6所示。與電阻焊接不同的是，感應(yīng)焊接不需要感應(yīng)線圈與加熱元件接觸，能夠更好地控制加熱區(qū)域。

感應(yīng)磁場(chǎng)的加熱元件種類以及待焊部件種類不同導(dǎo)致加熱機(jī)制的不同。目前學(xué)術(shù)界根據(jù)產(chǎn)熱位置分為:焦耳損耗加熱、介電滯后加熱及接觸結(jié)點(diǎn)加熱。對(duì)于復(fù)合材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，確定加熱機(jī)制對(duì)控制接頭溫度均勻性和力學(xué)性能至關(guān)重要。文獻(xiàn)采用數(shù)值模擬方法研究了TPC感應(yīng)焊接，如表2所示。

對(duì)感應(yīng)加熱而言的主要問(wèn)題是焊接區(qū)域溫度分布均勻性，線圈形狀、圈數(shù)會(huì)影響產(chǎn)生磁場(chǎng)大小，不同形狀的線圈適用于不同的焊接試件。接頭區(qū)域的幾何形狀會(huì)造成不同的邊界效應(yīng)，如圖7所示。當(dāng)線圈尺寸大于焊接區(qū)域尺寸時(shí)，渦流只能沿著最靠近的邊緣流動(dòng)，從而導(dǎo)致邊緣區(qū)域電流密度和溫度較高。解決這一問(wèn)題目前有兩種方法:一是模擬會(huì)產(chǎn)生邊緣效應(yīng)的區(qū)域，通過(guò)改變線圈形狀降低影響。另外一種是優(yōu)化金屬網(wǎng)的形狀來(lái)重新定向渦流流動(dòng)路徑，從而創(chuàng)建更均勻的加熱。

2017年加拿大學(xué)者Farahani等提出了一種新型的碳納米纖維加熱元件，在碳納米纖維表面涂層鍍銀或鍍鎳，研究了這些新型加熱元件在單向(UD)和緞紋織物(SWF)CF/PPS復(fù)合材料感應(yīng)焊接中的加熱效率，用LSS表征接頭強(qiáng)度并與傳統(tǒng)不銹鋼網(wǎng)接頭進(jìn)行了比較。結(jié)果如表3所示，HE#1代表Ag涂層CNF，HE#2代表Ni涂層CNF。根據(jù)這些結(jié)果表明，加熱過(guò)程的升溫速率取決于加熱元件的類型以及待焊件類型，緞紋織物表現(xiàn)出比單向纖維復(fù)合材料更高的升溫速率，且加熱速率越高，搭接剪切強(qiáng)度越高。涂層后的碳納米纖維表現(xiàn)出與不銹鋼網(wǎng)相當(dāng)或部分超過(guò)的力學(xué)性能。

3.3超聲焊接

1984年P(guān)otente提出超聲焊接熱塑性高分子材料的機(jī)理，圖8為超聲焊接(UW)原理圖，待焊件與導(dǎo)能筋(感受器)在焊接壓力下接觸固定，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(guò)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。與電阻焊接、感應(yīng)焊接等其他焊接技術(shù)相比，超聲焊接是最快的連接方法之一，適合大量和自動(dòng)化生產(chǎn)。不像感應(yīng)焊接與電阻焊接需要植入異種材料或纖維，而是在焊接界面鋪敷一層叫做超聲波導(dǎo)能筋(ED)的凸起或平整的樹脂材料，減少了可能造成的影響。

綜合最新研究進(jìn)展，TPC超聲焊接的研究重點(diǎn)在于工藝參數(shù)優(yōu)化、焊接控制方式、導(dǎo)能筋類型、異種復(fù)合材料焊接。控制超聲焊接工藝的參數(shù)是壓力、振幅和時(shí)間，而振動(dòng)頻率對(duì)選用的超聲波發(fā)射器一般是固定的。壓力和振幅決定產(chǎn)熱速率，振動(dòng)時(shí)間決定了輸入焊接接頭的能量以及最終質(zhì)量。研究表明，焊接質(zhì)量隨焊接時(shí)間的增加而提高，但較長(zhǎng)的焊接時(shí)間會(huì)在接頭界面處形成較大的孔洞和裂紋。Hongon等研究了不同頻率的聚丙烯和聚甲基丙烯酸甲酯搭接聚合物的超聲焊接，研究表明高頻［(67～180)kHz］下形成的接頭強(qiáng)度高，這是因?yàn)楦哳l提供更高的界面溫度。在焊接過(guò)程中，振動(dòng)時(shí)間可以通過(guò)設(shè)定值來(lái)直接控制，或是通過(guò)改變焊接能量和超聲波發(fā)生器垂直位移兩個(gè)參數(shù)來(lái)間接控制。即“能量控制”或“位移控制”方式。相較于能量控制，位移控制焊接能夠獲得更穩(wěn)定、可靠的焊接接頭質(zhì)量。

導(dǎo)能筋(ED)是富含樹脂的人造微突起結(jié)構(gòu)，不含任何纖維，在焊接過(guò)程中放置在界面處，是超聲焊接中最重要的結(jié)構(gòu)之一。它通過(guò)和被附著物相對(duì)運(yùn)動(dòng)、自身剛度低于被附著物剛度兩個(gè)先決條件來(lái)集中加熱，相對(duì)運(yùn)動(dòng)能促進(jìn)表面摩擦，剛度差距促進(jìn)黏彈性加熱。典型的導(dǎo)能筋形狀為三角形、半圓形和矩形，如圖9所示。

表4提供了部分ED對(duì)接頭性能影響的研究，其形狀決定了界面接觸狀態(tài)，影響基板之間的熱量產(chǎn)生，從而影響接頭質(zhì)量。然而，使用ED會(huì)導(dǎo)致局部纖維含量減少，這是由于添加了額外的樹脂基體，從而導(dǎo)致接頭薄弱。需要注意的是，ED中填充纖維會(huì)對(duì)接頭性能造成影響，但其復(fù)雜影響還需深入研究。

3.4電阻、感應(yīng)、超聲焊接工藝比較

電阻焊接發(fā)展最早，發(fā)展至今工藝水平不斷提高，接頭質(zhì)量也隨之更優(yōu)，但表征接頭性能的方法非常有限，對(duì)于疲勞、蠕變或環(huán)境影響下的接頭行為研究較少，通過(guò)獲取不同環(huán)境影響下的數(shù)據(jù)，能得到更真實(shí)的焊縫質(zhì)量圖像。其次，焊接時(shí)需要使用植入物可能會(huì)影響焊接強(qiáng)度，并導(dǎo)致成本相應(yīng)增加。

電阻、感應(yīng)焊接都存在邊緣效應(yīng)導(dǎo)致界面不均勻加熱，對(duì)于接頭性能造成較大的影響，為了消除或減弱這種影響，可以采用焊件兩端主動(dòng)冷卻或使用較高焊接功率等方法。同時(shí)對(duì)于感應(yīng)焊接加熱機(jī)制到底是通過(guò)纖維導(dǎo)電的渦流加熱，通過(guò)相鄰處纖維重疊的焦耳加熱或是介電滯后加熱，還需要更深入的研究，數(shù)值模擬方法被證明是行之有效的焊接分析方法。

超聲焊接與前兩種方法的區(qū)別在于不需要添加異種材料，通過(guò)鋪敷同種基體的樹脂膜就能達(dá)到連接的目的，導(dǎo)能筋形狀及數(shù)量、纖維填充含量都是目前正在研究的主要問(wèn)題。超聲焊接也存在一定局限性，大型的連續(xù)連接無(wú)法在一次焊接過(guò)程中完成，對(duì)于特殊的幾何形狀結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。由于振動(dòng)很難穿透較厚的部件并在焊接區(qū)域振動(dòng)，因此不足以產(chǎn)生良好質(zhì)量的焊縫，由于設(shè)備功率限制，目前焊接厚度都限制在3mm左右。焊接過(guò)程中，某些高剛度、高硬度和材料特性中的阻尼因素會(huì)改變傳遞到焊接界面所需要的振動(dòng)能量。由于循環(huán)載荷作用，部件有可能在過(guò)程中發(fā)生疲勞破壞。

在生產(chǎn)零部件方面，電阻焊適合形狀簡(jiǎn)單的焊縫焊接，感應(yīng)焊有處理復(fù)雜幾何形狀焊縫的潛力，超聲焊接更適合點(diǎn)焊。三種方法的共同點(diǎn)在于都依賴工藝參數(shù)的變化，比如焊接時(shí)間、功率、壓力等等，因此如何擴(kuò)大工藝窗口也是未來(lái)工程應(yīng)用和科學(xué)研究的熱點(diǎn)。從總體上看，電阻、感應(yīng)、超聲焊接都是適用于熱塑性復(fù)合材料連接的技術(shù)，通過(guò)加熱焊接界面來(lái)熔融樹脂基體，并冷卻固化形成焊接接頭。在實(shí)際生產(chǎn)中，TPC的電阻和感應(yīng)焊接已經(jīng)在航空航天工業(yè)的高端結(jié)構(gòu)件有少量應(yīng)用，超聲焊接速度快，周期短，但焊接存在厚度限制，同時(shí)由于循環(huán)載荷不適用于高耐久結(jié)構(gòu)的焊接。

表5提供了CF/PPS的電阻焊(ＲW)、感應(yīng)焊(IW)、超聲焊(UW)的最佳工藝參數(shù)以及LSS對(duì)比。如表5所示，在最佳工藝參數(shù)下，三種焊接技術(shù)的剪切強(qiáng)度都達(dá)到了31MPa以上。在斷裂表面的觀察中發(fā)現(xiàn)電阻焊接在靠近接頭邊界的位置仍有樹脂未完全熔化。如3.1所提及的，由于邊緣效應(yīng)的存在，邊界應(yīng)當(dāng)是感應(yīng)焊接時(shí)溫度最高的位置。然而與電阻焊接接頭相比，理當(dāng)較高的焊接質(zhì)量并沒(méi)有使感應(yīng)焊接接頭具有更高的剪切強(qiáng)度。研究表明，無(wú)論采用三種焊接工藝中的哪一種，焊接接頭都可以獲得類似的力學(xué)性能。Reis等通過(guò)DCB試驗(yàn)獲得I型斷裂韌性結(jié)果顯示，RW接頭的臨界能量釋放率較高。應(yīng)考慮其他因素或者采用單一或混合模式加載的斷裂韌性測(cè)試方法表征接頭性能，量化其抗損傷性能。為特定應(yīng)用選擇焊接工藝，接頭的材料和幾何形狀也是影響焊接工藝選擇的考慮因素。

TPC的熔融焊接與機(jī)械連接、膠接相比具有無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，包括減少表面處理要求、具有可再加工和可回收性等。其中電阻焊、感應(yīng)焊、超聲焊因其能夠在焊接界面直接加熱至熔體熔融黏合，降低對(duì)結(jié)構(gòu)其余部分的影響而成為最有發(fā)展意義的連接技術(shù)。

3.5其他連接技術(shù)

除了上述的幾種連接方法，熔融焊接中的攪拌摩擦焊、摩擦自鉚焊等具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的研究和發(fā)展前景。同時(shí)，新型連接技術(shù)的探索也至關(guān)重要，從化學(xué)鍵合、異種材料連接、新型結(jié)構(gòu)等角度開發(fā)連接技術(shù)。

Ageorges等提出了熱塑性樹脂混雜夾層的連接方法，將纖維布一面涂覆熱塑性樹脂，控制樹脂厚度使其僅浸漬纖維布單側(cè)，然后放置另一側(cè)與TSC濕鋪層一同熱壓固化，纖維布能促進(jìn)熱塑性和熱固性樹脂的機(jī)械聯(lián)鎖。Meng等提出多尺度機(jī)械聯(lián)鎖和黏接耦合的摩擦自鉚焊接，通過(guò)設(shè)計(jì)接頭結(jié)構(gòu)使其抗剪強(qiáng)度達(dá)到27MPa。Deng等綜述了熱塑性樹脂－環(huán)氧樹脂的相互作用，通過(guò)共固化獲得帶有熱塑性表面層的熱固性基體，在共固化過(guò)程中會(huì)形成半互穿網(wǎng)絡(luò)，為熱塑性復(fù)合材料的異種連接提供了理論依據(jù)。Hufenbach等通過(guò)熱塑性樹脂基體可熔性，在GF/PP材料中引入金屬銷釘，分析了幾種銷釘在TPC內(nèi)的失效模式，為新型熱塑性復(fù)合材料連接技術(shù)的發(fā)展提供了選擇。另外，Jiang等綜述了TPC與金屬連接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，從成型、界面結(jié)構(gòu)及連接機(jī)理等方面分析攪拌摩擦焊的特點(diǎn)，認(rèn)為攪拌摩擦焊與其他新型連接技術(shù)結(jié)合是未來(lái)發(fā)展方向。此外，進(jìn)一步研究反應(yīng)性加工熱塑性塑料的焊接也是必要的，如使用液體注射工藝制造的聚氨酯、環(huán)對(duì)苯二甲酸丁二醇酯等。

4結(jié)論及展望

1)機(jī)械連接和膠接連接技術(shù)成本低，簡(jiǎn)單可靠，在航空領(lǐng)域得到非常成熟的應(yīng)用，但用于熱塑性復(fù)合材料連接時(shí)，存在一些固有缺陷。目前研究熱點(diǎn)集中在先進(jìn)的緊固工藝，選用合適的膠黏劑和表面處理方法。

2)電阻、感應(yīng)、超聲焊接是熔融焊接技術(shù)中研究最熱門和具有前景的連接技術(shù)。試樣的連接質(zhì)量由接頭溫度分布、接頭植入元件種類、成型工藝共同決定。連接質(zhì)量可以通過(guò)搭接剪切強(qiáng)度表征，在合適的工藝參數(shù)下，三種焊接技術(shù)獲取的搭接剪切強(qiáng)度相近，但雙懸臂梁測(cè)試下的I型斷裂韌性差異較大。

3)除本文介紹的連接方法，TPC與異種材料如TSC、金屬、功能梯度材料的連接技術(shù)也具備發(fā)展前景。

熱塑性復(fù)合材料連接技術(shù)的發(fā)展對(duì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、低成本、輕量化的航空結(jié)構(gòu)連接意義巨大。大多數(shù)研究集中在通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析工藝參數(shù)和接頭質(zhì)量的影響規(guī)律，今后可以從多尺度層面探究不同參數(shù)間的耦合作用機(jī)理。搭接剪切實(shí)驗(yàn)并不能完全表征連接質(zhì)量，仍舊欠缺完善的表征方法。另外，對(duì)蠕變、疲勞載荷下的接頭行為研究相對(duì)較少，應(yīng)通過(guò)數(shù)值模擬方法構(gòu)件連接模型，模擬失效行為及預(yù)測(cè)壽命和強(qiáng)度。

轉(zhuǎn)自：復(fù)合材料漫談來(lái)源：蘇景新,卞文熙,路鵬程.熱塑性復(fù)合材料連接技術(shù)綜述[J].塑料工業(yè)

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預(yù)浸料技術(shù)手冊(cè)（中）	熱塑性復(fù)合材料夾芯結(jié)

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熱塑性復(fù)合材料連接技術(shù)綜述復(fù)材云集｜復(fù)合材料

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熱塑性復(fù)合材料連接技術(shù)綜述 復(fù)材云集｜復(fù)合材料

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