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可剥布对复合材料胶接质量的影响

可剥布对复合材料胶接质量的影响

作者：刘宇婷东华大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：复合材料可剥布表面处理胶接质量

吸湿条件下可剥布处理对复合材料胶接性能的影响

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玻璃钢／复合材料 2019年第10期 90-95,111页

作者：王英男潘利剑刘钧天刘宇婷东华大学材料科学与工程学院上海201620 东华大学民用航空复合材料协同创新中心上海201620 上海飞机制造有限公司上海201324

采用T300/Cycom970预浸料,选取R60、R60s、P60001和EA9895 4种可剥布,利用热压罐分别制备不带有可剥布以及表面带有不同可剥布的复合材料层合板;在(80±2)%RH(相对湿度)和(70±1)℃环境下对其进行吸湿处理,时间分别为0、10 d、20 d和40 ... 详细信息

采用T300/Cycom970预浸料,选取R60、R60s、P60001和EA9895 4种可剥布,利用热压罐分别制备不带有可剥布以及表面带有不同可剥布的复合材料层合板;在(80±2)%RH(相对湿度)和(70±1)℃环境下对其进行吸湿处理,时间分别为0、10 d、20 d和40 d。采用Henkel航空PL7000型号胶膜对处理后的层合板进行胶接并制备试验样品。对试样的单搭接剪切强度、剥离强度进行测试,并分析胶接破坏形式,探讨吸湿条件下,可剥布处理对复合材料胶接性能的影响;通过环境扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪测试分析吸湿条件下不同类型可剥布对复合材料胶接界面的影响因素。结果表明:随着吸湿时间的增加,聚酰胺类可剥布吸湿率最终为0.8%左右,而聚酯类可剥布为0.6%左右。随着吸湿度的增加,复合材料的单搭接剪切强度下降40%~50%;吸湿时间为40 d时,四种可剥布处理的试样性能非常接近。未经处理试样始终发生黏附破坏,可剥布处理试样吸湿前期,破坏模式逐渐向黏附破坏转变,最终全部变为内聚破坏。吸湿处理后复合材料表面相比未吸湿形成了较多的空腔及缺陷,表面存在柔性聚合物残留,聚酰胺类可剥布处理后复合材料表面氮元素较之前提升了25%左右,影响了胶接面的化学性质。

关键词：复合材料可剥布吸湿度胶接质量表面特性

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可剥布剥离工艺性评价方法研究

失效分析与预防 2019年第3期14卷 157-160页

作者：邓立伟陈璐圆陈新文顾灵聪中国航发北京航空材料研究院北京100095 航空材料检测与评价北京市重点实验室北京100095 材料检测与评价航空科技重点实验室北京100095 上海飞机制造有限公司上海200000

为了评价将可剥布从层压板表面剥离时的难易程度,针对47批次由不同可剥布和预浸料制备的复合材料层压板试样,根据胶粘剂浮辊剥离阻抗试验方法(ASTMD3167)开展浮辊剥离试验。通过回归分析发现,剥离强度均值和剥离强度峰值的均值、剥离强... 详细信息

为了评价将可剥布从层压板表面剥离时的难易程度,针对47批次由不同可剥布和预浸料制备的复合材料层压板试样,根据胶粘剂浮辊剥离阻抗试验方法(ASTMD3167)开展浮辊剥离试验。通过回归分析发现,剥离强度均值和剥离强度峰值的均值、剥离强度谷值的均值、平均剥离振幅之间线性相关,相关系数R2分别为0.991、0.994和0.782。提出采用剥离强度均值、剥离强度峰值的均值或剥离强度谷值的均值为主要指标,平均剥离振幅为次要指标来评价可剥布剥离工艺性。根据剥离强度和剥离振幅不同,将可剥布剥离工艺性划分为5个等级,为可剥布选材提供依据。

关键词：可剥布剥离工艺性评价方法

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民用航空复合材料成型用可剥布评价与选用

航空制造技术 2015年第19期58卷 88-91,94页

作者：王旭陈璐圆陈萍顾灵聪上海飞机制造有限公司

针对民用航空复合材料成型中使用到的可剥布的定义分类、来源供应、评价方法、控制与选用等做了系统的介绍。分析了各类可剥布的应用与优缺点,重点介绍了用于制备胶接表面的干、湿2种可剥布的评价指标,对民用航空制造企业对于可剥布的... 详细信息

针对民用航空复合材料成型中使用到的可剥布的定义分类、来源供应、评价方法、控制与选用等做了系统的介绍。分析了各类可剥布的应用与优缺点,重点介绍了用于制备胶接表面的干、湿2种可剥布的评价指标,对民用航空制造企业对于可剥布的选用程序和控制方法做了详细的说明。

关键词：民用航空复合材料可剥布

复合材料吸湿-烘干过程中胶接界面与胶膜的匹配性研究

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化工新型材料 2024年第6期52卷 187-194页

作者：陈晨张伟瑞顾灵聪姚东东郑亚萍上海飞机制造有限公司上海201324 西北工业大学化学与化工学院西安710129

胶接具有避免应力集中、减重等优点,在复合材料的连接领域得到广泛应用。但复合材料在胶接前的储存过程中会吸湿,从而使胶接试验件的胶接性能下降。因此,在胶接前需要对复合材料进行烘干处理。在复合材料的吸湿-烘干过程中,胶接界面与... 详细信息

胶接具有避免应力集中、减重等优点,在复合材料的连接领域得到广泛应用。但复合材料在胶接前的储存过程中会吸湿,从而使胶接试验件的胶接性能下降。因此,在胶接前需要对复合材料进行烘干处理。在复合材料的吸湿-烘干过程中,胶接界面与胶膜的匹配性是亟待解决的问题。首先选用60001干可剥布和EA9895湿可剥布对复合材料进行表面处理,然后在26℃/65%RH(RH为相对湿度,下同)和70℃/85%RH环境下进行吸湿-烘干处理,最后用EA7000胶膜胶接,得到胶接试验件并进行胶接性能测试。研究表明,吸湿后复合材料的胶接界面与胶膜的匹配性变差,其机理为复合材料内部的水分进入胶膜,进而破坏胶膜中载体纤维与树脂的界面结合,降低了胶膜本身的力学性能。在26℃/65%RH环境下吸湿-烘干后,胶接试验件的胶接性能基本可以恢复,使用EA9895湿可剥布处理的胶接界面与胶膜的匹配性优于60001干可剥布。在70℃/85%RH环境下吸湿-烘干后,胶接试验件的胶接性能恢复程度较低,胶接界面与胶膜的匹配性较差。

关键词：吸湿-烘干可剥布胶接界面胶膜

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P2352W-19预浸料与可剥布匹配性研究

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玻璃钢／复合材料 2018年第1期 85-88页

作者：陈璐圆顾灵聪王旭陈萍上海飞机制造有限公司复合材料中心上海201324

为了进一步了解P2352W-19预浸料匹配可剥布对胶接质量的影响,使用干态和湿态聚酯可剥布处理待胶接表面,并通过Ⅰ型双悬臂梁断裂韧性试验和双搭接剪切试验来考察可剥布处理后试验件的胶接表面力学性能表现,将试验结果结合试验件破坏模式... 详细信息

为了进一步了解P2352W-19预浸料匹配可剥布对胶接质量的影响,使用干态和湿态聚酯可剥布处理待胶接表面,并通过Ⅰ型双悬臂梁断裂韧性试验和双搭接剪切试验来考察可剥布处理后试验件的胶接表面力学性能表现,将试验结果结合试验件破坏模式进行分析。研究了层板材料匹配两种高温胶膜的共胶接及二次胶接质量,确定了P2352W-19预浸料最佳匹配可剥布。

关键词：可剥布断裂韧性双搭接剪切破坏模式

吸湿-烘干对复合材料胶接界面微观结构的影响

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复合材料科学与工程 2022年第10期 76-84页

作者：张伟瑞秦梦兰陈晨顾灵聪姚东东郑亚萍西北工业大学化学与化工学院西安710129 上海飞机制造有限公司上海201324

为了研究吸湿-烘干对复合材料胶接界面微观结构的影响,首先采用打磨、干可剥布和湿可剥布对复合材料表面进行处理,然后分别在26℃、65%RH和70℃、85%RH的环境下对其进行吸湿-烘干处理。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、红外光谱仪和X... 详细信息

为了研究吸湿-烘干对复合材料胶接界面微观结构的影响,首先采用打磨、干可剥布和湿可剥布对复合材料表面进行处理,然后分别在26℃、65%RH和70℃、85%RH的环境下对其进行吸湿-烘干处理。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等对复合材料胶接界面的物理形貌和化学组成进行了研究。物理形貌分析表明,经干可剥布处理的材料表面在26℃、65%RH的环境下吸湿后会残留纤维丝束,进而影响单搭接剪切强度。经打磨和湿可剥布处理的材料在26℃、65%RH的环境下吸湿-烘干后无明显变化。将复合材料放置在70℃、85%RH的环境下吸湿后存在基体开裂的现象,同时纤维丝束仍残留在经干可剥布处理的材料表面,以上现象均会使单搭接剪切强度降低,且在烘干之后无法恢复。化学组成分析表明,经湿可剥布处理的材料表面在两种环境下吸湿后氧元素含量有所下降,且烘干之后无法恢复,而经干可剥布处理的材料表面残留有纤维丝束,使氧元素含量有所变化。

关键词：吸湿-烘干微观结构可剥布胶接复合材料

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复合材料胶接质量和胶接面性质研究

复合材料胶接质量和胶接面性质研究

作者：刘钧天东华大学

学位级别：硕士

复合材料胶接技术作为一项新的复合材料连接技术具有结构质量轻、不易出现应力集中等优点,而对胶接面进行的表面处理直接决定了胶接质量的好坏。使用可剥布对复合材料表面进行处理具有成本低、使用便捷的优点,但在实际使用中发现,选用... 详细信息

复合材料胶接技术作为一项新的复合材料连接技术具有结构质量轻、不易出现应力集中等优点,而对胶接面进行的表面处理直接决定了胶接质量的好坏。使用可剥布对复合材料表面进行处理具有成本低、使用便捷的优点,但在实际使用中发现,选用不同可剥布处理复合材料得到的胶接质量是并不相同的。目前国内外对不同可剥布对胶接质量的影响规律研究甚少,对于不同可剥布的使用影响胶接质量的原因还并不清楚。同时在进行胶接工艺过程中,环境的湿度会使材料发生吸湿,胶接面水分的存在可能会对胶接质量产生影响,吸湿量对胶接工艺的影响也是一个重要的工艺参数。本文选用970/T300航空预浸料,采用热压罐成型工艺制备复合材料层压板,采用R60(聚酰胺,干)、R60s(聚酰胺,干,带涂层)、P60001(聚酯,干)与EA9895(聚酯,湿)四种不同种类的可剥布对复合材料表面进行处理,采用胶接工艺制备试验件进行力学性能对比分析,同时对可剥布处理后的复合材料表面表征和微观结构分析,将表面表征结果与力学测试结果相对应,分析不同可剥布的使用对胶接质量的影响规律。同时通过高低温交变湿热试验箱模拟湿度环境,探究吸湿对可剥布处理复合材料胶接质量的影响趋势及影响原因。得到主要的研究结果如下:(1)通过胶接后力学性能测试对比发现,相比表面未经过处理组,可剥布处理表面对胶接强度起到很大提升作用,力学性能由高到低排列为EA9895、P60001、R60、R60s。(2)经表面测试发现,可剥布处理后的表面粗糙度均比未处理表面粗糙度有巨大的提升。表面能也均比未处理有所提升,但彼此之间相差并不大。聚酯类和尼龙类可剥布处理后表面分别呈现更高的色散性和极性。根据润湿性包络图发现环氧树脂胶粘剂能更好的被聚酯可剥布表面形成的轨道线包络。根据SEM发现两种聚酰胺可剥布和P60001可剥布从复合材料表面上揭除时都会产生柔性聚合物残留。(3)通过元素分析测试结果发现聚酯类和聚酰胺可剥布处理后表面分别有更高的氧元素和氮元素成分,R60s可剥布处理和未处理的复合材料表面都检测到了硅元素存在,胶接面化学计量不同也会对胶接质量产生影响。(4)随着吸湿度的增加,复合材料胶接力学性能都呈现出明显下降的趋势。两种聚酰胺类可剥布处理的试样力学强度随吸湿度增加,先迅速下降后趋于平缓。而两种聚酯类可剥布处理后的试样吸湿前期EA9895湿可剥布强度下降少于P60001聚酯干可剥布,到后期又高于后者。四种试样在进行40天吸湿后力学性能变得非常接近。可剥布处理后的试样经过不同时间吸湿处理后胶接的破坏形式发生了改变,经过40天吸湿处理后破坏形式全部变为内聚破坏,而前期破坏模式逐渐向黏附破坏转变。而未处理的试样发生的始终发生黏附破坏。(5)对湿热处理后揭除可剥布后表面拍摄的SEM图像可以看出,复合材料表面上相比之前形成了较多的空腔及缺陷,而SEM同样观测到了一些柔性聚合物残留,经过XPS的验证两种聚酰胺类可剥布处理后的表面氮元素较之前提升了25%左右,说明有更多的可剥布成分残留在了表面上影响了胶接面的化学性质。

关键词：复合材料胶接工艺可剥布吸湿率