复合材料紧固件的选择要点有哪些?
发布时间:
2022-04-11
机械紧固件和粘合剂可用于连接复合材料,使用哪种连接技术取决于应用和材料成分。比如飞机上用的复合材料,一般都是用机械紧固件连接,很少用胶黏剂连接。然而,在汽车应用中,大多数复合材料通过粘合剂连接。

理论上,所有复合材料都可以粘合。但是在很多连接处,载荷比较集中,会承受很大的应力,所以这些地方经常使用紧固件。此外,当结构部件非常大时,很难放置用于粘接的工具和固化设备,这使得紧固件在这种情况下具有成本效益。
钛合金的铆钉、螺纹销、抽芯铆钉、两件式螺栓、螺母等机械紧固件可用于复合材料,选择时应特别注意以下事项:
1.紧固件与复合材料孔之间的间隙配合;
2.钻孔对材料结构完整性的影响(避免分层);
3.接缝处可能发生的电偶腐蚀;
4.复合材料在特殊位置或应用中的导电路径。
此外,复合材料中使用的紧固件在外观上往往有一个“大头”。目的是将载荷分布在更大的表面积上,以减小复合材料表面上的压力,并避免分层。紧固件和复合材料不能只通过间隙配合安装,必要时允许有轻微的过盈配合。但为了避免干涉配合引起的复合材料脱层,应适当选择套筒紧固件,使应力沿紧固件径向均匀分布。
这里特别强调电偶腐蚀的问题。如果使用铝制紧固件,由于铝和碳纤维之间的电位差,碳纤维复合材料可能会被电腐蚀,因此需要在紧固件表面涂覆涂层,但这会增加组装成本和时间。因此,在这种情况下,铝制紧固件往往被更昂贵的钛合金和不锈钢紧固件所取代。当然,紧固件的价格还是要看数量。
紧固件选择的基本要求是满足结构对载荷力的要求,所以首先要搞清楚连接处的载荷是拉应力、剪应力还是两者都有。如果紧固件的拉伸疲劳是主要问题,则有必要选择拉伸头紧固件,并且在头部和钉杆的连接处应有一定的倒角。然而,在轻度或中度拉伸应力下,可以考虑任何类型的紧固件,包括铆钉和剪切头紧固件。
碳纤维复合材料中使用的金属紧固件具有明显的腐蚀倾向。镀镉是钢制紧固件的表面处理方法,但碳纤维复合材料仍会发生电化学腐蚀。因此,在安装过程中,密封紧固件变得非常普遍,也就是俗称的“湿贴”紧固件。对于碳纤维复合材料,优选钛合金紧固件。
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