胶接是复合材料结构主要的连接方法之一,它是将一种胶黏剂材料放置在两个被黏部件之间,在被黏物体之间产生可用的连接强度。与机械连接相比，它的主要优点是:无钻孔引起的应力集中,连接效率高;由于不需要连接件，能使结构减重5%~ 25%;抗疲劳、密封、减震以及绝缘性能好，有阻止裂纹扩展作用，破损安全性好;能获得光滑气动外形;不同材料连接无电偶腐蚀等问题。复合材料胶结可分为共固化胶接和二次胶接两类,如表3一11所示。

胶接的缺点是:胶接性能受环境(湿、热、腐蚀介质)影响大，存在一定老化问题;胶接强度分散性大,剥离强度低,不能传递大的载荷，胶接表面再胶接前需作特殊的表面处理;被胶接件间配合公差要求严,需加温、加压固化设备;质量控制比较困难;胶接后部可拆卸。

与金属材料胶接相比,复合材料胶接具有如下特点:

(1 )碳纤维复合材料沿纤维方向的线膨胀系数很小(0.60x10- 6 ~4.30x10- -6/9C), 它与金属胶接时，由于热膨胀系数差别较大,在高温固化后会产生较大内应力和变形。因此，胶接连接设计时,应尽量避开与金属零件胶接,必要时采用热膨胀系数小的钛合金零件。

(2)由于碳纤维复合材料层间拉伸强度低,它不像金属接头那样容易在胶层产生剥离破坏,而容易在接头端部层合板的层间产生剥离破坏。因此，对较厚的胶接件，不宜采用简单的单搭接连接形式。

(3)湿、热、腐蚀介质等环境效应对胶接的连接强度有显著的影响。

(4)可以采用共固化技术。

胶接的机理尚未完全清楚。现已有几种理论可表述胶接过程如何形成胶接连接，包括吸附理论，扩散理论和化学理论。这些理论并非相互排斥,在复杂的胶接情况下,吸附、扩散以及化学反应理论对胶接形成都有所贡献。

(1)吸附理论

吸附理论认为胶黏剂与被黏物之间的密切接触致使次级分子吸引形成永久的链。密切的接触是在胶层与被胶接层浸润过程中形成的。胶液与被胶接层之间接触角是对浸润情况的度量。对于接触角大于零的情况，液一固界面间力的平衡关系由Young氏关系给出。图3-51给出了胶液与固体被胶接固体之间的接触。

对于零接触角情况,仅有

ySV°>ySL +yLV° (3—54)

从Dupre关系可以看出，黏附功(WA)代表由于吸附而产生的系统能量改变。

WA=yS° +γLV°-ySL (3—55)

合并(3—54)与(3—55)得到Young— Dupre关系

WA=(yS°-ySV°)+γLV°(1+cosθ)(3—56)

方程(3—57)中的第-项考虑由于液体吸附造成的固体表面自由能的减小;对于诸如有机物复合材料的低能量固体,吸附项可以忽略不计,因此对于聚合物以及聚合物基复合材料,黏附功可以近似表示为

WA≈yLV(1 + cosθ) (3—58)

黏附功是几种分子间吸引力的合力,其中包括London扩散力,Keesom极力，双电层,金属键力，以及π键力，对于聚合物固体除扩散力和极性力外,其余力很小且可以忽略。因此吸附理论认为聚合物基复合材料胶黏剂与被黏物体间的胶接是由弥散力和分子间极性吸引力决定的，这种吸引力又被称作二次成键或范德华力。

(2)扩散理论

Vogutski提出了从胶黏剂到被黏物体界面间分子和原子的扩散以及反向扩散对形成粘接的贡献。这个理论主要受启发于对相似材料熔化胶接的观察,这种胶接随时间加长或温度增高而得到改善。在西方里,吸附理论比扩散理论更被认为是正统的理论。这主要是源自对快速胶接和低扩散系数情况的观察。

(3)化学反应理论

胶黏剂与被胶接物界面间的化学反应可导致二者间形成主化学键，主化学键的形成更强化了界面。化学反应率依赖于时间和温度，化学反应必须在所施加温度下形成粘接的时间内发生。虽然在很多胶接情况下会发生化学反应,一般认为吸附理论考虑了多数胶接形成过程。

与金属胶接相比较,复合材料胶接更有其独特之处，增加了胶接的困难。其特点见表3一12。胶接技术与其他连接技术的对比见表3—13。

胶接接头代表的是材料的非连续区域,应该仔细分析。图3-52给出了几种典型的胶接形式。对单搭接接头已有大分析,包括封闭解和数值解。由于材料的间断和弯矩的作用在接头端部弓|起剪应力和正应力的应力集中,弯矩影响可以采用双搭接剪切连接得以减弱，而采用斜面嵌接连接方式可以减小应力集中。

在复合材料胶接连接中,可能出现多种失效模式，包括:胶层内聚破坏,被黏材料基体表面损坏，被黏层合板的层间破坏，由基体或层间弓|起的层板表面横向破坏以及层板的纵向破坏。胶接接头的失效判据与机械紧固连接的失效判据类似。Grimes和Greimann给出 了很多复合材料胶接接头的设计与分析。图3-53给出 了单搭接剪切接头的应力分布。

复合材料的胶接材料主要有两种:胶黏剂和蜂窝芯子材料。

(1)胶黏剂

重要的复合材料结构产品要求拥有优异的胶接性能,其结构胶黏剂在使用时，经常是由若干种配套的胶黏剂配合使用(如用以改善界面胶黏性能或耐腐蚀性能的底胶、用于板料间胶接或板料与蜂窝芯子之间的胶膜、用于零件与蜂窝芯子之间的发泡胶等) ,从而构成了胶黏剂体系。不同胶黏剂的选择取决于复合材料构件的性能和使用环境要求,并应满足胶接I艺自身的特殊要求，需要综合权衡决定。复合材料胶黏剂的选胶要求如表3-14所示。

按胶黏剂的组分材料分类，适宜作为结构胶黏剂的主要有环氧树脂、环氧酚醛树脂、酚醛树脂、聚酯树脂(仅用于 次承力构件)和聚酰亚胺树脂(用于高温结构)等。根据经验,除高温工作需要聚酰亚胺型胶黏剂外，工程胶接结构上所用的综合性能好的主要还是那些通过该性获得了较高强度、韧性及耐环境性能的环氧树脂型胶黏剂。目前，工程上常用的复合材料结构胶黏剂体系见表3- 15。

(2)蜂窝芯子材料

以金属箔材或任何纤维布(纸)带等作为骨架材料，用胶黏剂连接制成的蜂窝状材料即为蜂窝芯子材料。在两层面板之间夹入蜂窝芯子后胶接成的夹层结构即为胶接蜂窝夹层结构。胶接蜂窝夹层结构具有比强度高、比刚度高、结构重量轻等优点。

复合材料胶接I艺包含五个步骤:胶黏剂的选择及复验、预装配、表面制备、胶接装配和固化。

(1 )胶黏剂的选择及复验

从工艺角度来说,不应仅根据强度的高低来判断胶黏剂的性能的优劣，还必须在长期的工作环境下，有足够的耐久强度;胶黏剂应与复合材料基体基本相容,以保证胶接层有较高的黏附强度;胶黏剂工艺性要好,便于操作;在满足使用要求的前提下,应力求选用固化温度低的胶黏剂，这有利于成形和减小热应力、热变形;对于设计阶段选定的胶黏剂在胶接装配前还必须复验。复验项目主要是室温和高温剪切。对于局部加强和填充的泡沫胶还需要复验关键项目。

(2)预装配

目的在于检验待胶接零件的相互配合及协调情况,并制出胶接装配用的定位孔及定位基准及需要进行表面制备的部位。预装配一般在胶接装配模具上进行,也可在装配型架内进行。

(3)表面制备

由于要胶接的零件在压制和机械加工过程中不可避免地受到各种污染。于复合材料之间表面制备的方法有:用砂纸打磨、喷砂处理和有机溶剂清洗。在这些表面制备方法中单-的方法都难以获得理想的结果。不同制件的胶接连接表面制备方法见表3一16。

为了防止已制备表面再度被污染和避免表面吸湿,表面制备后应随即进行装配。

(4)胶接装配

先在待胶接表面上涂敷底胶、粘贴胶膜，然后在固化膜上进行胶接装配。

贴好胶膜即可进行胶接装配,装配在固化模上进行,先按固化模上的基准线依次安放蒙皮、垫板,为保证胶接后零件的相互位置及产品固化后的尺寸精度和胶接质量，可采用局部预热或电热平台预热法使胶膜具有适宜的自黏性,还可对相互胶接的零件施加一定压力。

(5)固化

胶接固化过程是在一定温度和压力条件下胶黏剂充分交联,使零件之间具有一定的强度、刚度及足够韧性的连接工艺过程。胶接工艺流程见图3- 54。

胶接技术在操作难度上并不大,但是影响胶接质量的因素很多，包括胶黏剂质量、胶接表面状态、胶接零件配合优劣、固化过程控制以及人为因素影响。然而,胶接技术从材料到工艺的本身特性已决定了它难于保持一 致性，若不加强控制 ,更会扩大胶接性能分散性。目前，复合材料胶接结构很多用做重要承载结构,其胶接质量将直接影响到结构的安全。因此,严格胶接质量可以减少胶接性能的分散性，确保胶接结构的安全性，具有重大的意义。

胶接质量控制内容涵盖了胶接制造的全过程,既包括了制造生产的"上游”及"下游”所涉及的内容，也包括了有关软件及硬件内容,总共包括环境条件、材料、模具设备、工艺、人员及质量管理等六个方面。复合材料胶接质量控制内容及要点如表3-17所示。

复合材料胶接件的质量检测包括胶接生产的质量检测及胶接构件的性能检测两部分。胶接构件及其工艺试验均应进行胶接生产质量检测，检测内容如表3-18所示。

目前为止,先进复合材料作为众多工业,特别是国防工业的新兴结构材料，正处于快速提高和应用发展时期。胶接技术是复合材料构件制造的重要配套技术之一,也必将随之 发展，而终实现复合材料和胶接技术的共同发展。复合材料胶接技术的发展方向如表3-19所示。