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汽車復合材料的連接和固定

嘉峪檢測網(wǎng) 2020-12-15 10:22

隨著汽車復合材料的應用日益廣泛，汽車復合材料部件之間的組合裝配以及復合材料部件與鄰近金屬零部件的連接固定的問題日益突出，汽車行業(yè)傳統(tǒng)金屬零部件之間的連接方式已不能適應客觀需求了，在此情況下，我們有必要對汽車復合材料的連接與固定的連接方式進行新的學習和認識，并進行合理的選擇。根據(jù)國外成熟的經(jīng)驗，汽車復合材料連接固定的方式主要有三種方式：（1）機械緊固；（2）粘結劑粘接；（3）焊接/熔接。

機械緊固這種連接固定方法使用的是鉚釘和螺栓，是最普及也是最容易理解的一種連接方式。對汽車行業(yè)來說，機械緊固連接方式有許多不足之處，如：重量增加、應力集中、部件之間的交迭、高公差的要求、電蝕性等。但是，從另一方面說，機械連接不需要對表面進行處理或后續(xù)的拋光，這樣重復拆卸就很方便（如：檢查、維修和回收）。相對而言，對環(huán)境的影響也不是很敏感，如溫度的影響等。

粘結劑粘接連接固定方法相對于機械緊固連接固定方法具有以下優(yōu)點：減輕結構重量，外觀平整光滑，改善疲勞強度，適應性強，最適合薄壁部件的連接，粘接工藝簡單，可縮短生產(chǎn)周期。,但粘結劑粘接連接固定方法也存在一些缺點，如另部件的工作溫度范圍不高；粘接質(zhì)量易受不同因素影響，產(chǎn)品性能的分散性較大；沒有可靠的檢驗方法；粘接面的表面處理和粘接工藝過程要求較嚴；需要專用的加熱加壓處理粘接工裝等。因此，在一些重要的部件和連接位置，往往會采用粘接與某一種機械緊固連接的混合連接固定方法，既充分利用了粘接的優(yōu)點，又確保了連接部位的足夠強度和可靠性。

焊接/熔接連接固定方法主要應用于熱塑性汽車復合材料部件，焊接/熔接連接固定方法的主要優(yōu)點是：良好的機械性能、連接處的耐用性、加工時間短，易于在線檢測以及部件表面處理要求低等?？梢杂糜跓崴苄云噺秃喜牧系暮附?熔接連接固定方法主要有三種：（1）超聲波焊接/熔接、（2）電感應焊接/熔接（3）電阻焊接/熔接。對汽車復合材料進行焊接/熔接有以下不足之處：不易拆卸、需要添加導電性的填料（針對電感應焊接/熔接）、需要使用金屬網(wǎng)（針對電阻焊接/熔接）、可允許的碳纖維含量很低（所有三種焊接/熔接工藝）等。

根據(jù)上述簡單介紹，我們知道汽車復合材料連接固定的方式主要有三種，每一種都有各自的優(yōu)缺點，適應不同的應用場合。但相對而言，最有發(fā)展?jié)摿Φ钠噺秃喜牧线B接工藝是采用粘結劑連接固定方法，隨著粘結劑向著功能性不斷提高、具有雙重效力（既可以粘結熱固性復合材料又可以粘結熱塑性復合材料）以及綠色環(huán)保的方向發(fā)展，汽車復合材料粘結劑連接固定方法正日益為汽車工業(yè)所重視、接受并盛行起來。限于篇幅，本節(jié)汽車復合材料的連接和固定，主要討論粘結劑粘接連接固定方法。

汽車復合材料粘結劑粘接連接固定方法的優(yōu)點

近年來，由于高性能結構粘結劑的出現(xiàn)，使得采用粘結劑粘接的連接方式不斷得到人們的認可。作為一種最有發(fā)展?jié)摿Φ倪B接固定工藝，它有許多突出的優(yōu)點：

1、可以根據(jù)具體的設計要求(如：防撞擊性能)來決定粘結劑的機械性能；

2、粘結劑的超抗疲勞和耐腐蝕的優(yōu)點可以延長產(chǎn)品的使用壽命；

3、粘結劑具有很好的密封性；

4、兩種材料或結構粘接在一起可以實現(xiàn)比較光滑的表面，具有造型設計上的優(yōu)勢；

5、通過整個的粘接區(qū)域來分散部件所受的負荷，從而避免了局部最大壓力的集中；

6、粘結劑填充空隙的特點可允許部件有一定的公差；

7、可對粘結劑的硬度進行調(diào)整，優(yōu)化整個產(chǎn)品的硬度

汽車復合材料常用結構粘結劑的種類

一般來說，汽車復合材料結構粘結劑通常使用環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂和丙烯酸酯樹脂為基礎的三大類粘結劑，該三大類粘結劑在使用中也各具特點，應該準對不同的材料和要求進行不同的選擇：

環(huán)氧基粘結劑：對復合材料、熱固性塑料和金屬粘接性極好；強度、撓度和彈性都很高；固化過程收縮性最小。分為單、雙組份兩種。單組份環(huán)氧粘接劑要求熱固化，應用條件要求很嚴。

聚氨酯基粘結劑：對絕大部分復合材料和塑料的粘接性極好；對金屬的粘接性較好；機械性能從剛性到撓性范圍大；持久性好；但加工過程中對潮濕敏感；固化速度的范圍較廣。丙烯酸基粘結劑：對復合材料和熱固性塑料的粘接性極好；對金屬的粘接性好；允許被粘件進行較差的預處理；能達到高強度與高韌性的最佳結合；耐化學性好，有效使用期長；固化速度快；但有惡臭；固化過程中收縮性較高。

汽車復合材料粘接前的表面處理：

汽車復合材料（尤其是熱塑性汽車復合材料）的表面能都相對較低，所以在使用結構粘結劑之前，需要對汽車復合材料表面進行適當?shù)奶幚?，以去除表面的污垢、粉塵、油污、油脂、水分、脫模劑和增塑劑等，同時，提高基材的表面能，使其高于結構粘結劑的表面能量，從而確保結構粘結劑能夠充分潤濕基材表面，這對于實現(xiàn)堅固可靠且耐久的粘接是至關重要的。下面，將介紹三種常用的表面處理方法。

1. 溶劑擦拭法

這是最簡單的表面處理方式，能夠去除粘接表面的蠟質(zhì)、油污和其他小分子量的污染物。這項技術要求污染物可溶于溶劑，且溶劑本身不含溶解的污染物。為此，對溶劑的選擇就顯得非常重要。一般，常用的溶劑包括：丙酮、丁酮、甲基異丁基酮、二甲苯、三氯乙烯、乙醇和異丙醇等，在擦拭中應注意使用清潔的無塵擦布或紙巾。但這種表面處理方法的缺點是：溶劑可能會對基材產(chǎn)生不良影響，如熱塑性復合材料可能會被溶解，顯現(xiàn)出應力裂紋或龜裂；可能會造成交叉污染，如樣品與樣品之間的污染、重復使用或浸入到溶劑中的擦布的污染等；產(chǎn)生的蒸汽可能會危害工人的健康；不適用于大規(guī)模的生產(chǎn)要求（大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)可選用蒸汽脫脂和超聲波蒸汽脫脂的方法）。

2. 打磨法

打磨可去除表面污染物，并獲得高度毛化的表面，從而增加結構粘接劑的粘接接觸面，以產(chǎn)生“咬合效應”。常用的打磨方法包括：采用鋼絲刷、砂紙或銼削等的手工打磨；采用砂帶、砂輪或噴丸/噴砂等的自動打磨；以及相對較快，對操作者依賴性低且重復性和成本效益均較好的機械打磨等。

3. 火焰處理法

火焰處理是利用氣體或氣體/氧氣火焰，對表面進行部分氧化，以產(chǎn)生極性基，從而提高聚合物的表面能。此技術所處理的基材厚度較采用電暈預處理的基材厚度大，尤其適用于不均勻的熱塑性復合材料制品。其優(yōu)點是：氣體與氧氣的比例、流量、暴露時間和火焰與基材的距離易于調(diào)節(jié)，已被證實是適用于聚丙烯類復合材料的較有效的方法。

汽車復合材料粘接前的表面處理除了以上介紹三種常用的表面處理方法外，還有一些相對先進和準對特殊粘接要求的復雜的表面處理技術，如等離子體處理電暈放電處理化學處理等。但無論采用那種表面處理方法，關鍵是要求有清潔的粘接表面和確保粘結劑能夠充分潤濕基材，這是我們應該嚴格加以關注的。

汽車復合材料粘接接頭的設計

汽車復合材料粘結劑粘接連接固定方法除了粘結劑的選擇與配制以及粘接表面處理是很關鍵的步驟外，粘接接頭的設計好壞同樣將直接影響到粘接性能和強度。汽車復合材料粘接接頭設計的一般原則是：保證粘接面上應力分布均勻；將應力減少到最小限度，使之純粹受拉力和剪切力；盡可能擴大粘接面積等。汽車復合材料粘接接頭的結構設計形式也是多種多樣的，根據(jù)被粘物形狀可分為平面搭接、角形搭接、T形粘接和管、棒形粘接等形式；根據(jù)材料的粘接方式又可分為對接、搭接、插接、對切雙搭接等等。從接頭形式看，一般認為插接結構比較理想，其次是搭接和斜搭接。但在實際應用中，主要根據(jù)被粘接制品的結構和需粘接的部位而具體確定。

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汽車復合材料的連接和固定

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