碳纤维与铝合金的胶结强度及老化性能研究

  复合材料连接主要可分为机械连接、胶接和二者兼有的混合连接等三种类型。胶接是复合材料结构主要连接方法之一,它是借助胶粘剂将零件连接成不可拆卸的整体。由于胶接有着无钻孔引起的应力集中、连接效率高、结构轻、抗疲劳等优点,在国内外航空结构上得到了愈来愈广泛的应用,但胶接也有受环境(湿、热、腐蚀介质)影响大,存在一定老化问题。本文主要是研究碳纤维复合材料与铝合金胶接中的有关老化性能,积累胶粘剂(J-47A、SY-14)在大气老化试验中的一些性能数据,总结出性能变化规律。

  我们选用J-47A.SY-14胶粘剂来用于碳纤维复合材料与金属材料的胶接,金属材料选用了LY12铝合金。碳纤维复合材料选用T300B纤维单向层压板,将铝合金和层压板切割成小试样,尺寸均为130x25x3mm,搭接长度为25mm。

  将LY12铝合金采用混酸阳极化处理方式来进行表面处理铝合金与碳纤维复合材料用J-47A胶膜搭接后,施加一定压力,程序升温在135℃±5℃的条件下固化2小时,随炉冷却。铝合金与碳纤维复合材料用SY-14胶膜搭接后,施加一定压力,程序升温在175℃±5℃的条件下固化2小时,随炉冷却。将64片LY12铝合金投放大气老化试验,拟以一年为周期,测试胶粘剂老化性能。一年后取出部分试样进行拉伸剪切试验,2年后再取出部分试样拉伸剪切试验,3年后取出全部试样进行拉伸剪切试验。

  通过试验结果来看使用使用J-47A胶粘剂胶接的铝合金-碳纤维复合材料试片的剪切强度在一年内为31.5MPa,要低于使用SY-14胶接的试片的42.0MPa,这与胶粘剂本身的材料特性有关。一年后使用J-47A胶粘剂胶接的铝合金-碳纤维复合材料试片的剪切强度为31.1MPa,下降率要高于使用SY-14胶接的试片的39.9MPa。两年后,使用J-47A粘接的剪切强度为28.3MPa,使用SY-14粘接的剪切强度为38.7MPa。说明SY-14耐老化性能优于J-47A。其中部分铝合金与碳纤维复合材料胶接试样老化时产生弯曲变形,其原因比较复杂,需要进行进一步的分析。

  综上,铝合金与碳纤维复合材料的胶接用胶粘剂SY-14的剪切强度和耐老化性能要优于J-47A。所以最好采用SY-14来胶接铝合金与碳纤维复合材料。由于J-47A的胶粘工艺性比SY-14要好,在特殊情况下也可以选择J-47来进行胶接。

 

  阅读延伸:《碳纤维管与金属件胶接的强度分析