復合材料緊固件的選擇要點有哪些?
發布時間:
2022-04-11
機械緊固件和粘合劑可用于連接復合材料,使用哪種連接技術取決于應用和材料成分。比如飛機上用的復合材料,一般都是用機械緊固件連接,很少用膠黏劑連接。然而,在汽車應用中,大多數復合材料通過粘合劑連接。

理論上,所有復合材料都可以粘合。但是在很多連接處,載荷比較集中,會承受很大的應力,所以這些地方經常使用緊固件。此外,當結構部件非常大時,很難放置用于粘接的工具和固化設備,這使得緊固件在這種情況下具有成本效益。
鈦合金的鉚釘、螺紋銷、抽芯鉚釘、兩件式螺栓、螺母等機械緊固件可用于復合材料,選擇時應特別注意以下事項:
1.緊固件與復合材料孔之間的間隙配合;
2.鉆孔對材料結構完整性的影響(避免分層);
3.接縫處可能發生的電偶腐蝕;
4.復合材料在特殊位置或應用中的導電路徑。
此外,復合材料中使用的緊固件在外觀上往往有一個“大頭”。目的是將載荷分布在更大的表面積上,以減小復合材料表面上的壓力,并避免分層。緊固件和復合材料不能只通過間隙配合安裝,必要時允許有輕微的過盈配合。但為了避免干涉配合引起的復合材料脫層,應適當選擇套筒緊固件,使應力沿緊固件徑向均勻分布。
這里特別強調電偶腐蝕的問題。如果使用鋁制緊固件,由于鋁和碳纖維之間的電位差,碳纖維復合材料可能會被電腐蝕,因此需要在緊固件表面涂覆涂層,但這會增加組裝成本和時間。因此,在這種情況下,鋁制緊固件往往被更昂貴的鈦合金和不銹鋼緊固件所取代。當然,緊固件的價格還是要看數量。
緊固件選擇的基本要求是滿足結構對載荷力的要求,所以首先要搞清楚連接處的載荷是拉應力、剪應力還是兩者都有。如果緊固件的拉伸疲勞是主要問題,則有必要選擇拉伸頭緊固件,并且在頭部和釘桿的連接處應有一定的倒角。然而,在輕度或中度拉伸應力下,可以考慮任何類型的緊固件,包括鉚釘和剪切頭緊固件。
碳纖維復合材料中使用的金屬緊固件具有明顯的腐蝕傾向。鍍鎘是鋼制緊固件的表面處理方法,但碳纖維復合材料仍會發生電化學腐蝕。因此,在安裝過程中,密封緊固件變得非常普遍,也就是俗稱的“濕貼”緊固件。對于碳纖維復合材料,優選鈦合金緊固件。
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