可剥布对复合材料胶接质量的影响

作     者：刘宇婷 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱世根

授予年度：2017年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：复合材料 可剥布 表面处理 胶接质量 

摘      要：在航空航天领域,复合材料结构件的制造广泛采用了共胶接工艺技术,胶接面的处理将直接影响共胶接复合材料零件的性能。自2008年以来,波音和空客开始采用可剥布来替代传统的打磨工艺进行复合材料表面处理,然而,他们对可剥布的使用非常谨慎,每种复合材料都规定了对应的可剥布。我国大型民用客机研制过程中,也发现同一种可剥布处理不同的复合材料时,其力学性能差异十分显著,而目前国内外对于采用可剥布处理复合材料表面缺乏系统研究,对其胶接质量影响的因素还尚未明确,因此,本论文针对大型客机所采用的典型复合材料进行表面处理,研究可剥布对复合材料共胶接质量的影响规律,为复合材料结构件的共胶接成型工艺提供理论依据。本文首先采用热压罐成型工艺制备了970/T300织物预浸料和3900/T800单向预浸料的复合材料板材,并选用了四种不同类型的可剥布,其中两种进口:P60001(干)、EA9895(湿)和两种国产R60(干)和R60S(干,带涂层),以及传统的打磨方式对复合材料进行表面处理,对处理后的复合材料表面进行接触角、SEM、FTIR以及XPS表征,观察不同表面的润湿性、微观形态以及表面的化学形态。最后根据ASTM标准制备单搭接剪切和剥离强度的胶接试验件,通过力学性能结果比较确定不同可剥布处理表面得到的胶接质量的差异。研究结果表明:采用R60和R60S处理的970/T300织物与3900/T800单向复合材料的表面,在SEM图像中没有观察到明显的可剥布织物,但是在XPS检测中发现,R60处理的复合材料表面含有酰胺键,R60S处理的表面除了含有酰胺键还含有硅元素,说明这两种可剥布处理的复合材料表面均存在可剥布织物的残留,导致两者的胶接破坏模式均表现为粘附破坏,胶接质量较差。采用P60001可剥布处理的970/T300织物复合材料表面,通过SEM发现有可剥布织物丝束的残留,同时可剥布表面织物发生撕裂断裂的现象,而3900/T800单向复合材料表面没有观察到类似的现象,前者的胶接破坏模式表现为混合破坏,后者表现为内聚破坏,说明P60001聚酯可剥布织物揭除时若发生断裂,残留在复合材料表面的织物会影响胶接质量。EA9895可剥布处理的970/T300织物预浸料与3900/T800单向预浸料的复合材料表面,在SEM和XPS检测中均未发现残留物,两者的破坏模式均为内聚破坏,具有较好的胶接质量。