[发明专利]复合材料的结合

说明书

背景技术

纤维增强的聚合复合物是高性能结构材料，其已用于制作需要高强度和/或低重量且抗侵蚀环境性的结构部件。所述结构部件的实例包含飞机组件(例如尾、翼、机身、螺旋桨)、汽车部件、风刃等。纤维会增强基质树脂，从而承受由复合物支撑的大部分负荷，而树脂基质承受由复合物支撑的小部分负荷且还将负荷从破裂纤维转移到完整纤维。以此方式，这些聚合复合物可支撑大于基质树脂或纤维可单独支撑的负荷的负荷。另外，通过以特定几何形状或定向修整增强纤维，可有效设计复合物以最小化重量和体积。

粘着结合在传统上用作在制造一级和二级飞机结构中接合结构组件的方法。通常，组合使用结构粘着剂与机械紧固件(例如铆钉、螺丝和螺栓)以安全且可靠地固定结构材料。除二级组件的情形外，很少使用结构粘着剂作为接合结构部件的唯一机制。粘着结合部件展现优于通过机械紧固件接合的部件的显著优点，包含：较轻重量、减小的应力集中、耐久性、较低部件计数等。然而，在航空工业中广泛使用结构粘着剂面临由粘着结合接点的可靠性和结合线品质问题所致的较大阻碍。为增加粘着剂作为唯一结合主源的使用，需要证实可在制造环境中使用膜粘着剂作为产生具有特殊结合线品质再现性的可靠结合的方法。

发明内容

本文揭示B分级结合方法，其容许在无需单独表面制备步骤的情况下结合复合衬底。

附图说明

图1展示基于环氧基的CYCOM 5320-1树脂的差示扫描量热(DSC)分析。

图2展示基于环氧基的CYCOM 5320-1树脂在275℉、300℉和325℉下的DSC迹线。

图3展示基于环氧基的CYCOM 5320-1树脂在250℉下的DSC迹线。

图4是展示通过分级结合形成的结合结构的界面的显微图像。

图5是展示二级结合结构的界面的显微图像。

具体实施方式

对于接合由纤维增强的聚合复合物制得的复合部件而言，常规粘着结合方法包含共固化、共结合和二级结合。

“二级结合”是通过粘着结合将预固化复合部件接合到一起，其中仅粘着剂发生固化。这种结合方法通常需要在结合表面处表面制备每一先前固化的复合部件。表面制备通常由以下部分组成：施加剥离夹层、使用研磨介质喷粒、电浆处理或一些产生结合位点以促进粘着剂与复合物之间的机械联锁的其它工艺。例如，在预固化复合部件的金属结合和二级结合(其是用于飞机制造的典型结合工艺)中，粘着剂主要经由机械联锁机制进行结合，其中粘着剂流入复合物表面处的微通道中，且以机械方式使粘附体彼此固定。

“共结合”涉及通过粘着结合将预固化复合部件接合到未固化的复合部件，其中粘着剂和未固化的复合部件在结合期间同时固化。如上述二级结合中所描述，预固化复合物在粘着结合之前需要额外表面制备步骤。这种结合方法的缺点在于，预固化复合物并不以化学方式结合到粘着剂且未固化的预浸体复合物可难以处置且成型为复杂部件。

“共固化”涉及通过同时固化和结合来接合未固化的复合部件，其中复合部件与粘着剂一起固化，从而得到化学结合。然而，难以应用此技术来结合未固化的预浸体以制作具有复杂形状的较大结构部件。未固化的预浸体难以处置且缺乏自支撑所需的刚性。因此，难以在具有复杂三维形状的工具上组装和结合未固化的预浸体。

在工业中众所周知，脱模材料是常见的污染物，其可破坏粘着结合机制且导致在复合结构中的结合接点处损失强度。脱模材料(例如天然或合成材料，包含硅酮、矿物油、蜡、脂肪酸衍生物、二醇、氟化烃等)通常形成于模具上用于促进模制层压结构从形成其的模具释放。出于此原因以及为消除来自其它材料的污染的可能，在粘着结合之前对复合衬底实施表面制备处理以增加机械粗糙度和/或清洗表面的污染物。表面制备通常由以下部分组成：施加剥离夹层、喷粒或一些产生结合位点以促进粘着剂与复合物之间的机械联锁的其它工艺。

在无化学结合下，在结合接点负载剥离力或在长时间段内暴露于环境下或处于所述两种情形下时，存在所谓的“弱结合”条件。粘着失效指示在衬底与粘着材料之间缺乏化学结合，其可视为所有测试类型中的不可接受的失效模式。需要研发将粘着膜完全整合到复合结构中、从而通过形成化学键来产生连续“无粘着剂”结构(即在界面区域处并无明晰粘着层)的结合技术。