● 摘要
随着复合材料在飞机上用量的不断增大, 复合材料粘接结构也被大量采用。目前, 粘接技术已经实现了很多复合材料的粘接, 但是对炭纤维增强聚酰亚胺树脂基（T300 / BMP-316）复合材料层合板粘接研究相对较少。仅有的研究, 需要在真空下进行固化, 不利于工业生产。本文采用表面处理和添加炭纤维和纳米二氧化硅颗粒的方法在常压下实现了T300/BMP316复合材料层合板粘接。 考虑到 T300 / BMP-316复合材料部件需要在250℃以上的高温环境中长期使用, 因此对该材料的胶黏剂应选择耐高温胶黏剂。本胶黏剂主要由有机硅树脂、铝粉、玻璃粉、炭纤维、硅烷偶联剂及纳米二氧化硅等混合而成。经过表面预处理, 表面化学处理, 底涂层处理等工艺, 在常压下管式电阻炉内进行固化。经过层间剪切试验, 扫描电子显微镜和接触角的测量, 研究结果如下： 1、表面预处理即脱脂处理、机械处理、刻痕处理、清洗干燥, 去除了被粘接面的油污, 提高了表面粗糙度, 增强了表面润湿性, 并通过刻痕的“抛锚效应”促使表面机械互锁的形成。 2、被粘接材料经表面化学处理后, 表面形貌由层片状变成了絮状, 表面出现孔洞。通过比较分析, 发现表面化学处理5min后, 粘接面的接触角由80.6°降到72.5°, 粘接强度为51.29MPa, 较未经此处理前提高了22%。与表面化学处理10min和15min比较, 表面化学处理5min具有最高的粘接强度, 因此表面化学处理5min是最佳的表面化学处理工艺。 3、底涂层由有机硅树脂和硅烷偶联剂组成。底涂层处理能够保护表面, 有利于表面结合, 并具有优良的弹性, 能充当粘接剂层和被粘物层之间的柔性层, 削弱体积收缩, 减少固化时产生的缩孔数量, 缓解应力集中并将应力均匀的传递到胶层。底涂层处理后, 试样粘接强度为53.86MPa, 较未经此处理时提高25%。 4、层间剪切试验结果表明, 将表面化学处理和底涂层处理结合起来, 粘接强度为70.20MPa, 比未处理时提高了55%, 视为T300/BMP316复合材料最佳的表面处理工艺。5、经表面处理后, 当短切炭纤维含量为0.3wt.%, 纳米二氧化硅的含量为0.1wt.%, 粘接层厚度为180μm时, 层间剪切强度高达74.13MPa, 高于T300/BMT316自身的层II间剪切强度, 实现了被粘物基体破坏。 6、胶黏剂中0.3wt.%的短切纤维可以有效的缓解应力集中, 抑制裂纹的扩展, 在胶黏剂中起到了增强相的作用。胶黏剂中0.1wt.%的纳米二氧化硅能在炭纤维的协同作用下, 有效的释放应力, 抑制裂纹扩展, 胶黏剂的粘接强度较未添加时提高了5.6%。
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