碳纤维复合材料作为一种先进的结构材料，由于具有轻质、高强度、高刚度的特点而在航空、航天、电子、兵器等领域得到广泛应用复合材料构件的发展方向是力求实现结构的整体性，由于结构设计和工艺等的需求必须安排离型制造，再进行装配所以复合材料之间的连接必不可少，在某些场合甚至还成为产品设计的关键胶接是复合材料结构的主要连接方式之一，它借助胶粘剂将零件连接为不可拆卸的整体胶接也是复合材料结构损伤修补的主要手段之一胶接的优点是避免了由于机械连接需要打孔引起的材料损坏问题，而且具有应力分布均匀、连接效率高、结构重量轻的特点胶接是减少重量和改善结构性能的有效技术途径复合材料的胶接连接行为是相当复杂的，内容包括粘结接头设计，胶粘剂、胶接工艺等近年来，随着我所碳纤维复合材料在天线结构中应用范围的不断扩大，我们对此项技术专门进行了一些试验研究本文仅限于对碳纤维复合材料之间的胶接工艺试验结果进行讨论和总结1 2碳纤维复合材料胶接的特点碳纤维复合材料的力学性能特点是比拉伸强度高、比刚度高缺点是由于大多数采用叠层成型工艺制造，材料层间剪切强度低，抗剥离性能差另外，碳纤维复合材料断裂应变小，抗冲击性能差与金属的胶接相比复合材料的胶接行为有两个显著的特点（1）：复合材料胶接具有各向异性。纤维复合材料的性能由纤维铺层方向决定，在不同方向上强度相差很大因此，胶接接头的承载能力也有方向性差异，接头设计中主要承载方向与材料的主要强度方向一致，才能提高胶接强度另外，复合材料是一种层合板结构，其层间强度较低，要尽量避免胶接接头受撕剥力矩，以免发生层间剥尚破坏。

　　复合材料胶接与基体的匹配性相关碳纤维复合材料是多相材料，由强材料和基体树脂组成复合材料基体树脂与胶粘剂主体树脂的相容性直接影响胶接的界面结构与性能胶粘剂的内聚力和粘附力是胶粘剂的重要性能，内聚力是胶粘剂本身分子间的作用力，它取决于胶粘剂的基本组成、配方及工艺等因素粘附力是胶粘剂分子与被粘物分子之间的结合力，包括胶粘剂和被粘材料之间的物理、化学和机械作用欲达到*佳的粘结强度必须使内聚力和粘附力共同发挥作用对碳纤维复合材料的胶接，如果选胶匹配不当，很容易发生脱粘，界面分离。

　　3胶粘剂的选择生产出了很多品种的胶粘剂，其中不乏优良的结构胶粘剂按固化温度可分为室温固化（25*C）、中温固化（125*C）、高温固化（175*C）三种类型常用复合材料胶粘剂见表1.目前，国内针对纤维复合材料的胶接己开发表1常用复合材料胶粘剂名称类型固化温度*C使用温度J47A胶膜黑龙江石化所环氧树脂、丁腈橡胶J99胶膜黑龙江石化所环氧树脂、改性聚砜J39胶粘剂黑龙江石化所第二代丙烯酸酯室温J133胶膜黑龙江石化所环氧树脂室温北京航空材料研究所环氧树脂、改性聚砜美国3M公司改性环氧树脂*各数据来源不同，仅供。

　　胶粘剂的选择原则基本与金属胶接相同，所不同的是胶粘剂的选择与胶接方案密切相关如采用共固化胶接，即胶粘剂的固化与复合材料的固化同时完成，则要选用与复合材料树脂基体固化工艺相近的胶粘剂后胶接工艺选胶主要考虑因素：接头的力学强度要求、制件的结构形式、复合材料的耐温性能、使用环境要求等胶粘剂的固化温度必须低于复合材料的固化温度在满常规胶接工艺流程如下：足力学性能要求的前提下，尽可能选用固化温度较低的胶粘剂对于尺寸较大的结构件受加热设备的限制只能使用室温或常温固化胶粘剂复合材料构件的现场修补也大多使用室温固化胶粘剂对精度要求高的功能件，为了避免加热变形，使用室温固化胶粘剂较为适宜在我所较大尺寸的复合材料天线构件的胶接装配，通常使用室温初步选择了J-39、J-133、J-47、J-99几种胶粘剂该胶粘剂具有较好的应用经验，满足了不同胶接温度的要求以下主要对胶接工艺因素进行实验研究在胶接连接中，载荷的传递主要是以胶层剪切的形式实现（2）因此本实验中主要研究胶粘剂的剪切强度胶粘剂的强度测试试验方法参照GB7124-86《胶粘剂拉伸剪切强度测定方法》在英国INSTRAN1195型试验机上进行，4影响胶接强度的主要因素4.1前处理工艺复合材料制件进行表面处理的目的是为了获得良好的表面活性，以加胶粘剂树脂和复合材料基体表面的亲合力表面处理主要是除污，包括由探伤、机械加工等所接触的油污、冷却液等，并除去复合材料成型时表面残留的各种脱模剂。

　　因为胶接的实质是一种界面行为，表面处理直接决定界面的物理、化学状态所以表面处理是胶接工艺的重要环节。

　　碳纤维复合材料表面处理方法与金属材料相比较为简单，主要有机械打磨、化学清洗、喷砂处理等*常用的方法是机械打磨后再化学清洗，典型处理程序见表2表3为不同表面处理工艺的胶接剪切强度，结果说明不同表面处理工艺对胶接强度有明显的影响一般使用机械打磨的方法即可满足要求。

　　表2碳纤维复合材料表面处理程序序号表面处理材料和工具处理方法要求除油污汽油或乙醇、绸布吹除尘污、用绸布包脱脂棉擦拭洗至拭布无黑色痕迹干打磨280砂布沿纤维方向直线打磨不得露出纤维湿打磨350水砂纸在小水流下进行不得露出纤维清洗丙酮或乙醇、绸布冲洗再擦拭洗至拭布无痕迹干燥烘箱、绸布、手套带手套拿取储存包装纸防潮防尘超24小时后，用无水乙醇清洗表3 1-47胶粘剂不同表面处理工艺的剪切性能表面处理未处理机械打磨化学清洗可剥布剪切强度MPa对碳纤维复合材料表面处理的质量尚无成熟的检验标准，通常采用简单的水膜试验法来检查粘合面的处理效果将蒸馏水滴在处理过的表面时，如果水滴能迅速铺成连续水膜，则表明是清洁的，具有较高的表面能；反之，如水滴能展开但仍呈球面状，则表示表面是不够理想的，应重新处理。

　　我们国外技术，使用了一种在胶接前可剥离的隔离织物，它一般用聚酯纤维布作基体经低压电晕处理，在复合材料成型时铺放在零件的需胶接区表面，胶接前只需可剥布即可直接进行胶接，不需进行粗糙和清洗实践证明使用可剥离的隔离织物减少了粗糙和清洗两项工作内容，降低了劳动量，减小了胶接区污染的可能性，容易保证胶接质量，4.2胶粘剂的用量涂胶时用胶量的多少会影响胶接质量，对涂胶的要求是无气泡、厚度均匀液体、膏状、糊状胶粘剂的用量是以g/m2为单位进行控制和计算，胶膜以面积和厚度来计算胶液的用量或胶膜厚度的选择根据以下因素经试验确定：胶液的浓度和比重、胶合面的装配要求、胶合面的粗糙度、制品的结构等用胶量不足易引起局部缺胶，但也不是越多越好胶层厚度加不一定使接头强度大，从理论上讲胶层*大应力在胶层厚度超过0.3mm时也变化不明显加厚度只能使胶层在厚度方向的平均应力减少，而在邻近上下被接件的地方应力几乎不变，反而由于载荷偏向的加引起接头更大的弯曲在工艺实施过程中，胶层厚度的加无疑会使胶层出现气孔、裂纹等缺陷的几率大大加，而任何胶层的缺陷都会导致载荷在胶层上的重新分配而使胶层在不连续处出现应力集中而引起破坏一般经验是在加压时沿胶合面周边应挤出一些胶瘤，而且不能有空白，也不能有流胶现象。胶层厚度一般控制在。

　　1.3mm之间厚度控制有两种方法：对于刚性件的胶接可以在胶合面插入一定厚度的垫片；对于复杂胶合面或柔性板采用有载体胶膜。

　　4.3固化工艺胶接固化由选择的胶粘剂类型决定胶粘剂有足够的胶接强度只有当胶粘剂组份间发生一定的交联后才能达到，固化不足（配胶比例不准，固化温度、时间、压力不够）或固化过度（温度过高、时间过长）均损害胶接质量固化不当则胶接强度低固化的主要控制参数是压力、温度和时间一般来讲，采用加热固化方式以较高的温度固化，使交联反应进行比较充分，可达到较佳的胶接质量对于室温固化胶粘剂，应充分考虑由于施工环境温度和湿度差异给凝胶时间和固化周期带来的变化范围较大如：J-133胶粘剂，在环境温度1（TC时，凝胶时间长达3小时J-133胶粘剂固化工艺变化见表4含溶剂的胶粘剂应注意溶剂适当挥发后再贴合胶接面进行固化，必要时在固化中配合抽真空，否则胶层中产生气泡使胶接强度下降。

　　对结构胶粘剂准确控制加压的关键在于确定合适的单位压力，及整个胶合面上压力分布的均匀性和压力下保持时间的长短。单位压力的大小通过影响胶层厚度等因数而影响到胶接强度一般室温固化压力小于O.lMPa，中温固化压力在0.10.3MPa之间，若采用过高压力则易造成贫胶。此外，有些被胶件的结构和材料不允许加过大的压力，以免造成结构变形影响胶接定位精度1表41-133胶粘剂固化工艺温度固化周期48小时23小时4.4复合材料的表层纤维方向复合材料的铺层包括铺层方向和铺层顺序两个方面铺层顺序不同时，接头具有不同的弯曲刚度铺层方向特别是胶接面的表层纤维方向对胶接性能影响很大表5为胶接面不同纤维方向胶接时的剪切强度从试验结果看，复合材料层压板待胶接表面纤维*好与载荷方向一致，不得与载荷方向垂直，以免被接件过早产生层间剥离破坏将强纤维主要铺设在接头的轴向，就相当于提高了被接件的模量，降低了胶层的应力集中通常将胶接面的表层单向纤维的方向与载荷方向一致。

　　表5 J-39胶粘剂不同纤维方向的胶接强度纤维方向织物剪切强度MPa在胶接载荷分布较为复杂的情况下，胶接面铺设一层碳纤维织物能明显改善胶接强度理论上，当被接件的总体轴向拉伸变形一定时，若使与胶层接触的表面柔软些，则可以降低接触面因材料不同而引起的应力突变，使被接件的应力较为均匀。

　　4.5复合材料接头的破坏形式试验表明，碳纤维复合材料胶接接头在拉伸或压缩载荷作用下，有三种基本破坏形式：胶层的内聚破坏；界面破坏；被粘复合材料剥离破坏。

　　碳纤维复合材料拉伸强度较高，较少发生拉伸破坏，由于复合材料层间拉伸强度较低，常在接头端部发生剥离破坏表6为复合材料胶接接头的破坏形式分析表6结果表明，对于碳纤维复合材料即使使用较高强度的结构胶粘剂也不能有效地提高复合材料接头的抗剪切强度当载荷达到一定程度时，首先发生复合材料的层间破坏因此，在一定意义上讲，提高碳纤维复合材料的层间强度就等于提高了接头的承载能力。

　　表6复合材料的破坏形式胶粘剂破坏形式内聚破坏CFRP破坏5应用实例经以上试验及讨论，对碳纤维复合材料的胶接工艺中影响胶接强度的几个主要因素形成了明确的认识在胶接工艺中注意严格进行表面处理，准确控制胶层厚度，严格执行固化工艺，注重了胶接区域的表面纤维方向，成功应用于某碳纤维复合材料天线研制中按照结构设计要求，该CFRP蜂窝夹层天线采用了分块制造胶接组装的结构形式其中针对不同的设计及工艺要求分别选择使用了三种类型的胶粘剂，制定了与之相应的胶接工艺。

　　中温固化的J-47胶粘剂，用于复合材料加强筋条与复合材料薄板间的胶接胶层厚度0.2mm，固化工艺125*C/2小时，压力0.2MPatl高温固化的J-99胶粘剂，用于复合材料支撑杆中钛合金接头与复合材料的共固化采用0.2 mm的载体胶膜，固化工艺175XV2小时，压力0*dMPa.拼装。J-133胶粘剂为双组分，现场准确称量，按重量比配胶。胶粘剂用量220 g/m2，涂胶后用夹具和工装压紧凝胶时间3小时，48小时后脱离夹具和工装，8天固化完成在该天线装配连接中全部采用了胶接连接，几次分步骤胶接完成了拼接装配*后复合材料天线的胶接取得圆满成功，证明复合材料胶接工艺正确合理。