2--飞机结构胶接.ppt

第第2章章 飞机结构飞机结构胶接技术胶接技术一、概述v 胶接是继机械连接胶接是继机械连接(铆接、螺接等铆接、螺接等)和焊接之后和焊接之后又一重要的连接技术。随着现代飞机高性能发展的又一重要的连接技术。随着现代飞机高性能发展的需要和新技术新材料的应用，胶接结构已成为飞机需要和新技术新材料的应用，胶接结构已成为飞机机体的重要结构形式。飞机结构胶接是指能传递较机体的重要结构形式。飞机结构胶接是指能传递较大的静载荷、动载荷，并在使用环境中长期可靠地大的静载荷、动载荷，并在使用环境中长期可靠地工作的结构件的胶接技术。飞机上比较典型的胶接工作的结构件的胶接技术。飞机上比较典型的胶接结构形式有钣金胶接结构、夹层结构和复合连接三结构形式有钣金胶接结构、夹层结构和复合连接三大类。大类。二、胶接的优点v1.1.可以减轻结构重量，如胶接比焊接或铆接相比减可以减轻结构重量，如胶接比焊接或铆接相比减轻结构重量达轻结构重量达25302530；v2.2.胶接可以连接两种不同的材料，如不同的金属、胶接可以连接两种不同的材料，如不同的金属、金属与非金属等；金属与非金属等；v3.3.胶接面的应力分布比较均匀，利于改善机械性能，胶接面的应力分布比较均匀，利于改善机械性能，如胶接的抗剪强度，与点焊和铆接相比，可提高约如胶接的抗剪强度，与点焊和铆接相比，可提高约2525，胶接的抗疲劳寿命约比铆接长近，胶接的抗疲劳寿命约比铆接长近1010倍；倍；v4.4.胶接易于做到密封、绝缘、防腐，又易做到结构胶接易于做到密封、绝缘、防腐，又易做到结构的外形光滑、平整等；的外形光滑、平整等；v5.5.胶接工艺简便，可缩短生产周期，降低成本。胶接工艺简便，可缩短生产周期，降低成本。v 除具有上述优点外，还存在一些问题和缺点。除具有上述优点外，还存在一些问题和缺点。v1.1.胶接的不均匀扯离强度和剥离强度很低；胶接的不均匀扯离强度和剥离强度很低；v2.2.胶接件的工作温度较低，目前主要结构胶粘剂的胶接件的工作温度较低，目前主要结构胶粘剂的工作温度一般限于工作温度一般限于260260以下，胶接质量容易受到各以下，胶接质量容易受到各种因素的影响而不稳定；种因素的影响而不稳定；v3.3.胶粘剂存在胶粘剂存在“老化老化”问题；胶接质量无损检测方问题；胶接质量无损检测方法还不够完善等等，这都要求我们在飞机修理中引法还不够完善等等，这都要求我们在飞机修理中引起注意。起注意。二、胶接的缺点2.1 胶接基础知识v 一、概念：一、概念：v1.1.胶接：通过胶粘剂的粘接力使固体表胶接：通过胶粘剂的粘接力使固体表面连接在一起的过程称为胶接或粘接，面连接在一起的过程称为胶接或粘接，被粘合的固体材料称为被粘物。被粘合的固体材料称为被粘物。v如果剖开一个简单的如果剖开一个简单的胶接接头来看，可知胶接接头来看，可知胶缝是由胶层、界面胶缝是由胶层、界面区与被粘物表面层共区与被粘物表面层共同组成的，在被粘物同组成的，在被粘物与胶粘剂的界面层处，与胶粘剂的界面层处，由于不同分子间的相由于不同分子间的相互作用，产生了粘附互作用，产生了粘附力。同时胶粘剂经过力。同时胶粘剂经过固化后，本身分子间固化后，本身分子间相互束缚在一起，产相互束缚在一起，产生了内聚力。粘附力生了内聚力。粘附力和内聚力构成胶接接和内聚力构成胶接接头的粘合力的大小。头的粘合力的大小。2.1.1 粘附力和粘接机理v 粘附力是胶粘剂与被粘物之间的作用力。它是粘附力是胶粘剂与被粘物之间的作用力。它是如何形成的，曾有人提出一些理论来解释这个问题，如何形成的，曾有人提出一些理论来解释这个问题，但目前还没有一种理论可以解释胶接的各种现象，但目前还没有一种理论可以解释胶接的各种现象，一般认为粘附力的产生应包括胶粘剂与被粘物表面一般认为粘附力的产生应包括胶粘剂与被粘物表面之间物理的、化学的和机械的作用。之间物理的、化学的和机械的作用。(1)吸附理论 吸附理论认为：粘附力的主要来源是粘接体系的分子作吸附理论认为：粘附力的主要来源是粘接体系的分子作用力。在界面层上，所有液体和固体分子之间，都存在着作用力。在界面层上，所有液体和固体分子之间，都存在着作用力，主要是范德华力用力，主要是范德华力(包括取向力、诱导力、色散力包括取向力、诱导力、色散力)和氢和氢键力。键力。v 按照吸附理论解释，胶粘剂分子与被粘物表面分子的相按照吸附理论解释，胶粘剂分子与被粘物表面分子的相互作用过程有两个阶段。第一阶段是液体胶粘剂分子借助于互作用过程有两个阶段。第一阶段是液体胶粘剂分子借助于热布朗运动向被粘物表面靠近。在此过程中，升温、施加接热布朗运动向被粘物表面靠近。在此过程中，升温、施加接触压力、降低胶粘剂粘度等都有利于热布朗运动的加强。第触压力、降低胶粘剂粘度等都有利于热布朗运动的加强。第二阶段是二阶段是“吸附吸附”，当胶粘剂与被粘物分子间距缩小到足够，当胶粘剂与被粘物分子间距缩小到足够小时小时(一般为一般为5 5埃埃)，分子间引力便发生作用，并使分子间的，分子间引力便发生作用，并使分子间的距离进一步缩短到能够处于最大稳定状态的距离。经验证明，距离进一步缩短到能够处于最大稳定状态的距离。经验证明，凡带有极性基团的高分子化合物一般都具有良好的粘附性能。凡带有极性基团的高分子化合物一般都具有良好的粘附性能。按吸附理论解释，这是因为极性分子间具有更大的分子间吸按吸附理论解释，这是因为极性分子间具有更大的分子间吸力。力。(2)静电理论 v 静电理论认为：粘附力的产生是由于在胶粘剂静电理论认为：粘附力的产生是由于在胶粘剂与被粘物界面处出现静电引力的结果。当金属与非与被粘物界面处出现静电引力的结果。当金属与非金属材料密切接触时，由于金属对电子的亲合力低，金属材料密切接触时，由于金属对电子的亲合力低，容易失去电子；而非金属对电子的亲合力高，容易容易失去电子；而非金属对电子的亲合力高，容易得到电子，故电子可从金属移向非金属，使界面两得到电子，故电子可从金属移向非金属，使界面两侧产生接触电势，并形成双电层，产生静电引力。侧产生接触电势，并形成双电层，产生静电引力。如图如图2222所示。除了金属所示。除了金属非金属相互接触能够形非金属相互接触能够形成双电层外，一切具有电子供给体和电子接受体性成双电层外，一切具有电子供给体和电子接受体性质的两种物质接触时，都可能产生界面静电引力。质的两种物质接触时，都可能产生界面静电引力。v 按照静电理论解释，胶粘剂与被粘物界面的双按照静电理论解释，胶粘剂与被粘物界面的双电层就如同电容器的两个极板一样。从被粘物表电层就如同电容器的两个极板一样。从被粘物表面剥离胶粘剂时，与拉开电容器的两个极板相似，面剥离胶粘剂时，与拉开电容器的两个极板相似，能产生电位差，其大小随极板间隙的增大而升高，能产生电位差，其大小随极板间隙的增大而升高，到了一定程度时便开始放电。胶接接头的粘附功到了一定程度时便开始放电。胶接接头的粘附功可看作与电容器的能量相等。可看作与电容器的能量相等。v极板分离功的计算公式如下：极板分离功的计算公式如下：v式中式中 WW分离功分离功v 表面电荷密度表面电荷密度v hh两极板间拉开的间隙两极板间拉开的间隙v 当剥离速度较慢时，大部分电荷从极板中漏逸，当剥离速度较慢时，大部分电荷从极板中漏逸，故在故在h h值很小时，原有的电荷就很快消失，剥离过程值很小时，原有的电荷就很快消失，剥离过程仅消耗小量的功。但快速剥离时，由于缺乏足够的仅消耗小量的功。但快速剥离时，由于缺乏足够的时间放电，因而在发生放电前，能保持较高的电荷时间放电，因而在发生放电前，能保持较高的电荷密度而使接头的剥离强度增大。密度而使接头的剥离强度增大。v 静电理论虽然能解释某些胶接现象，如在干燥静电理论虽然能解释某些胶接现象，如在干燥环境中从金属表面快速剥离胶层时，可用仪器或肉环境中从金属表面快速剥离胶层时，可用仪器或肉眼观察到放电的光、声现象，但静电作用仅存在于眼观察到放电的光、声现象，但静电作用仅存在于能够形成双电层的胶接体系，因此不具有普遍性。能够形成双电层的胶接体系，因此不具有普遍性。(3)扩散理论v 扩散理论认为：粘附力是由于胶粘剂与被粘分扩散理论认为：粘附力是由于胶粘剂与被粘分子间互相扩散而形成的。两种高聚物在具有相容性子间互相扩散而形成的。两种高聚物在具有相容性的前提下，当它们相互紧密接触时，由于分子的布的前提下，当它们相互紧密接触时，由于分子的布朗运动或链段的摆动产生互扩散现象。这种扩散作朗运动或链段的摆动产生互扩散现象。这种扩散作用是穿越胶粘剂与被粘物的界面交织地进行的，扩用是穿越胶粘剂与被粘物的界面交织地进行的，扩散的结果导致界面的消失和过渡区的产生，胶接体散的结果导致界面的消失和过渡区的产生，胶接体系借助扩散键形成牢固接头。系借助扩散键形成牢固接头。v 由于扩散理论是以胶粘剂与被粘物同属高分子由于扩散理论是以胶粘剂与被粘物同属高分子材料、且具有互容性为前提的，因此它也具有局限材料、且具有互容性为前提的，因此它也具有局限性，只能解释高聚物间，特别是热塑性高聚物之间性，只能解释高聚物间，特别是热塑性高聚物之间的自粘现象。的自粘现象。(4)化学结合理论v 化学结合理论认为：胶接过程中，胶粘剂与被化学结合理论认为：胶接过程中，胶粘剂与被粘物通过化学反应而达到良好的结合，粘附力主要粘物通过化学反应而达到良好的结合，粘附力主要来源于化学键力。化学键力又称主价键力，存在于来源于化学键力。化学键力又称主价键力，存在于原子原子(或离子或离子)之间。化学键包括离子键、共价键和之间。化学键包括离子键、共价键和金属键。胶接中化学键的存在，已在现代实验技术金属键。胶接中化学键的存在，已在现代实验技术条件下得到了证明。例如硫化橡胶与镀黄铜的金属条件下得到了证明。例如硫化橡胶与镀黄铜的金属结合，在胶接的最初阶段生成了一层硫化亚铜，然结合，在胶接的最初阶段生成了一层硫化亚铜，然后通过硫原子与橡胶分子结合，形成化学键。又如后通过硫原子与橡胶分子结合，形成化学键。又如胶接中采用偶联剂，偶联剂分子有与被粘物表面发胶接中采用偶联剂，偶联剂分子有与被粘物表面发生化学反应的基团，其分子的另一端又能与胶粘剂生化学反应的基团，其分子的另一端又能与胶粘剂发生化学反应，从而形成化学键结合。发生化学反应，从而形成化学键结合。(5)机械结合理论v 机构结合理论认为：胶粘剂渗入被粘物机构结合理论认为：胶粘剂渗入被粘物表面的细微孔隙，固化后在界面区形成许多表面的细微孔隙，固化后在界面区形成许多微小的机械联结，从而使胶粘剂与被粘物结微小的机械联结，从而使胶粘剂与被粘物结合在一起。从物理化学的观点看，机械作用合在一起。从物理化学的观点看，机械作用并不是产生粘附力的因素，而是增加粘接效并不是产生粘附力的因素，而是增加粘接效果的一种方法。这种微观机械连接作用对于果的一种方法。这种微观机械连接作用对于多孔材料的胶接强度有显著贡献。多孔材料的胶接强度有显著贡献。v 以上各种胶接理论，都能解释一些胶接现象，以上各种胶接理论，都能解释一些胶接现象，但都有一定的局限性。具体运用时，我们要具体情但都有一定的局限性。具体运用时，我们要具体情况具体分析，并将各种理论相互补充。但是胶接界况具体分析，并将各种理论相互补充。但是胶接界面上两种分子之间的作用力是基本的，这被许多胶面上两种分子之间的作用力是基本的，这被许多胶接现象所证实。扩散现象发生在胶接过程中，特别接现象所证实。扩散现象发生在胶接过程中，特别是对于高聚物之间的胶接更适合，当胶接界面形成是对于高聚物之间的胶接更适合，当胶接界面形成后，其胶接接头的强度仍然是分子间力的作用结果。后，其胶接接头的强度仍然是分子间力的作用结果。同样，静电效应，主要是在胶层被剥离的瞬间，静同样，静电效应，主要是在胶层被剥离的瞬间，静电作用才明显。因此，它也不是形成粘附力的主要电作用才明显。因此，它也不是形成粘附力的主要因素。而在剥离前和剥离过程中，始终都有分子间因素。而在剥离前和剥离过程中，始终都有分子间力的作用存在。力的作用存在。v 胶接理论的进一步研究是十分必要的，随着胶胶接理论的进一步研究是十分必要的，随着胶接理论的日趋完善，将会促进胶粘剂和胶接技术的接理论的日趋完善，将会促进胶粘剂和胶接技术的发展。发展。2.1.2 湿润和粘接的关系v 从胶接现象的各种理论解释可知，要使胶从胶接现象的各种理论解释可知，要使胶粘剂与被粘物紧密粘附并具有足够高的强度，粘剂与被粘物紧密粘附并具有足够高的强度，首要条件是胶粘剂必须与整个表面良好接触，首要条件是胶粘剂必须与整个表面良好接触，也就是胶接表面必须与整个表面良好接触，也就是胶接表面必须与整个表面良好接触，也就是胶接表面必须能被胶液充分湿润也就是胶接表面必须能被胶液充分湿润(浸润浸润)。v什么是湿润现象呢什么是湿润现象呢?v我们如果在洁净的玻璃板表面上，分别滴我们如果在洁净的玻璃板表面上，分别滴上一滴水和一滴水银，会发现水滴将沿着玻上一滴水和一滴水银，会发现水滴将沿着玻璃表面铺展而水银却在玻璃表面形成圆珠璃表面铺展，而水银却在玻璃表面形成圆珠状水银球。于是我们说，水能湿润清洁的玻状水银球。于是我们说，水能湿润清洁的玻璃表面，而水银则不能湿润玻璃表面。璃表面，而水银则不能湿润玻璃表面。v 湿润与不湿润，湿润程度如何，同液体和固体的性质湿润与不湿润，湿润程度如何，同液体和固体的性质有关。例如，水能湿润洁净的玻璃却不能湿润石蜡。水银有关。例如，水能湿润洁净的玻璃却不能湿润石蜡。水银不能湿润玻璃，却能湿润洁净的铁的表面。湿润能力通常不能湿润玻璃，却能湿润洁净的铁的表面。湿润能力通常用液滴在固体表面上接触角用液滴在固体表面上接触角()()的大小来表示，如图的大小来表示，如图2323所示。当一个液滴在固体表面处于平衡状态时，液体表面所示。当一个液滴在固体表面处于平衡状态时，液体表面区分子由于受力不平衡，产生了一种向里收缩的力，这就区分子由于受力不平衡，产生了一种向里收缩的力，这就是表面张力是表面张力 ，单位为达因厘米。液体的表面张力通，单位为达因厘米。液体的表面张力通常是在液体蒸汽的环境中测定，测得的数值实际上是液常是在液体蒸汽的环境中测定，测得的数值实际上是液体气体界面的界面张力体气体界面的界面张力(),(),值非常接近于值非常接近于 值。值。v对固体表面也可作类似的分析，但固体是具有一对固体表面也可作类似的分析，但固体是具有一定形状的物质，其表面不能收缩。因此，它没有定形状的物质，其表面不能收缩。因此，它没有表面张力而只有表面自由能表面张力而只有表面自由能()()。在液体与固体。在液体与固体表面接触处，液体与固体分子在朝向各自内部方表面接触处，液体与固体分子在朝向各自内部方向受到了同种分子的吸引作用。在朝向界面方向，向受到了同种分子的吸引作用。在朝向界面方向，受到来自界面分子力的吸引作用。此二种吸引力受到来自界面分子力的吸引作用。此二种吸引力的合力称为界面张力的合力称为界面张力 。v由图由图2323可知，液体表面张力界面张力和液体在可知，液体表面张力界面张力和液体在固体表面的接触角的相互如下：固体表面的接触角的相互如下：（2222）v 此式为杨此式为杨(Young)(Young)氏公式，它又可写成氏公式，它又可写成 （223 3）v由式由式2323看出，看出，愈小，表示湿润得愈好。愈小，表示湿润得愈好。v=0=0即即coscos=1=1代表完全湿润；代表完全湿润；v=180=180 即即coscos=-1=-1代表完全不湿润。代表完全不湿润。v 因此，湿润是指在界面分子力的作用下，液体在因此，湿润是指在界面分子力的作用下，液体在固体表面上均匀铺展的现象。固体表面上均匀铺展的现象。液体液体固体体系的粘附功为固体体系的粘附功为 (24)(24)v 从式从式2424可知，可知，愈小，粘附功愈大。在完全愈小，粘附功愈大。在完全不湿润情况下，粘附功为零。在完全湿润的情况下，不湿润情况下，粘附功为零。在完全湿润的情况下，粘附功等于液体表面张力的粘附功等于液体表面张力的2 2倍，即等于液体的内倍，即等于液体的内聚功。聚功。v 通过以上分析可以看出，粘附力与湿润性是一通过以上分析可以看出，粘附力与湿润性是一致的，湿润性好，液体在固体表面的粘附力就大，致的，湿润性好，液体在固体表面的粘附力就大，反之则小。反之则小。v 胶粘剂对被粘物表面湿润情况与胶粘剂性质、胶粘剂对被粘物表面湿润情况与胶粘剂性质、被粘物的表面状况以及胶接过程的工艺条件等因素被粘物的表面状况以及胶接过程的工艺条件等因素有关。为了提高湿润能力，在设计胶接体系时，应有关。为了提高湿润能力，在设计胶接体系时，应当看重于用各种方法当看重于用各种方法(如表面处理如表面处理)提高被粘物的表提高被粘物的表面自由能面自由能(值值)，提高胶粘剂对被粘物表面的亲，提高胶粘剂对被粘物表面的亲合能力合能力(如降低粘度，减小如降低粘度，减小 值值)，并选用具有适，并选用具有适当表面张力的胶粘剂。这样，才有利于得到较高的当表面张力的胶粘剂。这样，才有利于得到较高的胶接性能。胶接性能。2.1.3 内聚力与胶粘剂的固化v 液体胶粘剂在浸润被粘物表面以后，必须通过适当的方法使它变成液体胶粘剂在浸润被粘物表面以后，必须通过适当的方法使它变成固体，即本身产生足够强的内聚力，这样，胶接接头才能承受各种负荷。固体，即本身产生足够强的内聚力，这样，胶接接头才能承受各种负荷。这个过程称为固化。这个过程称为固化。v 胶粘剂的固化方法根据胶粘剂的性质而异。如由热塑性高分子化合胶粘剂的固化方法根据胶粘剂的性质而异。如由热塑性高分子化合物组成的胶粘剂，因为热塑性高分子化合物加热可以熔融，也可以溶解物组成的胶粘剂，因为热塑性高分子化合物加热可以熔融，也可以溶解在一定的溶剂中，所以这类胶粘剂可以通过熔融体的冷凝或溶剂的挥发在一定的溶剂中，所以这类胶粘剂可以通过熔融体的冷凝或溶剂的挥发等物理变化来完成固化。一般金属结构胶粘剂主要由热固性高分子化合等物理变化来完成固化。一般金属结构胶粘剂主要由热固性高分子化合物组成，它要在一定的温度、压力或交联剂的作用下，通过化学反应，物组成，它要在一定的温度、压力或交联剂的作用下，通过化学反应，聚合成不熔化也不溶解的、具有一定机械强度的固体高分子结构物质。聚合成不熔化也不溶解的、具有一定机械强度的固体高分子结构物质。因此，固化条件对胶粘剂的内聚力有很大的影响。因此，固化条件对胶粘剂的内聚力有很大的影响。2.1.4 胶接结构破坏分析v 实验表明，胶接接头在外力作用下的破坏，是实验表明，胶接接头在外力作用下的破坏，是从构成胶接接头的胶层、被粘物和胶粘剂一被粘物从构成胶接接头的胶层、被粘物和胶粘剂一被粘物的界面区等三个环节中的薄弱环节开始的。破坏一的界面区等三个环节中的薄弱环节开始的。破坏一般有以下三种情况。般有以下三种情况。v(1)(1)内聚破坏内聚破坏v 胶接接头受到外力作用时如果其内聚力小于粘胶接接头受到外力作用时如果其内聚力小于粘附力，则可能发生内聚破坏。这种破坏完全发生于附力，则可能发生内聚破坏。这种破坏完全发生于胶层之中，即沿着胶层破坏。破坏后，两个被粘物胶层之中，即沿着胶层破坏。破坏后，两个被粘物表面上都附有一层胶粘剂，并且是粗糙的。呈内聚表面上都附有一层胶粘剂，并且是粗糙的。呈内聚破坏的胶接接头的胶接强度约等于胶层的内聚强度。破坏的胶接接头的胶接强度约等于胶层的内聚强度。v(2)(2)界面破坏界面破坏(又称粘附破坏又称粘附破坏)v 界面破坏是在粘附力小于内聚力的情况下发生界面破坏是在粘附力小于内聚力的情况下发生的。这种破坏完全发生于胶粘剂的。这种破坏完全发生于胶粘剂被粘物的界面被粘物的界面区，即胶层完全从界面上脱开。破坏后，在一个被区，即胶层完全从界面上脱开。破坏后，在一个被粘物的表面上没有胶层，而在另一个被粘物的表面粘物的表面上没有胶层，而在另一个被粘物的表面附有胶层，并且留有被胶表面打磨的痕迹。附有胶层，并且留有被胶表面打磨的痕迹。(3)(3)混合破坏混合破坏 v 混合破坏是指在外力作用下，胶接接头的破坏既有内聚混合破坏是指在外力作用下，胶接接头的破坏既有内聚破坏，又有界面破坏，它是内聚破坏和界面破坏之间的一种破坏，又有界面破坏，它是内聚破坏和界面破坏之间的一种过渡状态。过渡状态。v 对于一个胶接接头来说，由于胶层厚度不同，破坏对于一个胶接接头来说，由于胶层厚度不同，破坏(加载加载)速度不同，以及破坏试验的环境温度不同，其破坏类速度不同，以及破坏试验的环境温度不同，其破坏类型也不同，往往存在内聚破坏型也不同，往往存在内聚破坏混合破坏混合破坏界面破坏有规律界面破坏有规律的转化过程。例如，同一种压敏胶带粘贴于酚醛层压板上，的转化过程。例如，同一种压敏胶带粘贴于酚醛层压板上，胶带中胶层的厚度不同以及拉伸剥离试验的速度不同时，其胶带中胶层的厚度不同以及拉伸剥离试验的速度不同时，其破坏情况非常明显地出现内聚破坏破坏情况非常明显地出现内聚破坏混合破坏混合破坏界面破坏的界面破坏的连续性的转化，其剥离强度也随之呈现规律性的变化。见图连续性的转化，其剥离强度也随之呈现规律性的变化。见图2424。v 图图2525是用含有不同比例增粘树脂的胶粘带粘贴酚醛层是用含有不同比例增粘树脂的胶粘带粘贴酚醛层压板的试验中，破坏类型随试验温度改变而转化的情况。从压板的试验中，破坏类型随试验温度改变而转化的情况。从图中可以看出，高温测试部分均为内聚破坏，低温测试部分图中可以看出，高温测试部分均为内聚破坏，低温测试部分均为界面破坏，中间过渡区为混合破坏。均为界面破坏，中间过渡区为混合破坏。2.1.5 影响胶接强度的主要因素v 胶接接头的强度主要取决于内聚力和粘附力的胶接接头的强度主要取决于内聚力和粘附力的大小。而内聚力与胶粘剂的分子结构和固化条件有大小。而内聚力与胶粘剂的分子结构和固化条件有关，粘附力与被粘物表面粗糙度、接头内应力、胶关，粘附力与被粘物表面粗糙度、接头内应力、胶层厚度等因素有关，同时接头强度还与接头形式和层厚度等因素有关，同时接头强度还与接头形式和接头受力方式有关。因此，影响胶接强度的因素主接头受力方式有关。因此，影响胶接强度的因素主要有以下几种。要有以下几种。(1)胶粘剂 胶粘剂聚合物的分子量胶粘剂聚合物的分子量(聚合度聚合度)直接影响胶接直接影响胶接接头的内聚力。以聚丙烯酸脂胶粘剂粘接钢与聚氯接头的内聚力。以聚丙烯酸脂胶粘剂粘接钢与聚氯乙烯为例：当粘接温度为乙烯为例：当粘接温度为200200时，高温保证了胶粘时，高温保证了胶粘剂的流动和湿润能力，故胶接强度随着分子量的增剂的流动和湿润能力，故胶接强度随着分子量的增大而上升，并趋向定值，如图大而上升，并趋向定值，如图2626。当粘接温度低。当粘接温度低于于150 150 时，起初胶接强度随分子量的增加而上升。时，起初胶接强度随分子量的增加而上升。当分子量增大到使胶层的内聚力等于界面的粘附力当分子量增大到使胶层的内聚力等于界面的粘附力时，开始发生混合破坏。分子量继续增大，发生界时，开始发生混合破坏。分子量继续增大，发生界面破坏。这是由于胶粘剂的流动性湿润性降低所致。面破坏。这是由于胶粘剂的流动性湿润性降低所致。胶粘剂聚合物平均分子量相同胶粘剂聚合物平均分子量相同而分子量分布情况不同时，其胶接而分子量分布情况不同时，其胶接强度亦有所不同。例如，用聚合度强度亦有所不同。例如，用聚合度为为15351535的聚乙烯醇缩丁醛的聚乙烯醇缩丁醛(组分组分1)1)和和聚合度为聚合度为385385聚乙烯醇缩丁醛聚乙烯醇缩丁醛(组分组分2)2)混合制成的胶粘剂粘接硬铝，两混合制成的胶粘剂粘接硬铝，两种组份的比例不同对剥离强度的影种组份的比例不同对剥离强度的影响也不相同，见表响也不相同，见表2121。v 由上述试验还可观察到：低聚物与小量高聚物由上述试验还可观察到：低聚物与小量高聚物混合时，胶层往往呈内聚破坏。当高聚物含量增高，混合时，胶层往往呈内聚破坏。当高聚物含量增高，由于胶层内聚力的增加，转而呈界面破坏。当高聚由于胶层内聚力的增加，转而呈界面破坏。当高聚物及低聚物两组份按物及低聚物两组份按1010：9090混合时得到最大的胶接混合时得到最大的胶接强度。强度。v 胶粘剂聚合物的极性对其胶接强度的影响也很胶粘剂聚合物的极性对其胶接强度的影响也很大。对于高表面能被粘物，胶粘剂极性越强，胶接大。对于高表面能被粘物，胶粘剂极性越强，胶接强度越大；对于低表面能被粘物，胶粘剂极性的增强度越大；对于低表面能被粘物，胶粘剂极性的增大往往导致胶接体系的湿润性变差而使粘附力下降。大往往导致胶接体系的湿润性变差而使粘附力下降。v 除了胶粘剂的极性和分子量分布对胶接强度有除了胶粘剂的极性和分子量分布对胶接强度有影响外，胶粘剂聚合物分子的主链结构、侧链结构、影响外，胶粘剂聚合物分子的主链结构、侧链结构、交联度等都对胶接强度有很大影响。交联度等都对胶接强度有很大影响。(2)胶接接头型式 v 胶接和铆接、焊接一样同是一种连接方法，都胶接和铆接、焊接一样同是一种连接方法，都形成一个强固的接头，这是它们的共同点。但是，形成一个强固的接头，这是它们的共同点。但是，铆接是靠铆钉的机械力，焊接是靠被连接零件熔化铆接是靠铆钉的机械力，焊接是靠被连接零件熔化重新融合在一起的分子力，而胶接是靠整个胶缝均重新融合在一起的分子力，而胶接是靠整个胶缝均匀受力，才能充分发挥胶接的长处，避免它的弱点。匀受力，才能充分发挥胶接的长处，避免它的弱点。这就要求胶接接头的型式必须根据构件的受力特点这就要求胶接接头的型式必须根据构件的受力特点合理地加以设计。合理地加以设计。v 胶接接头型式种类繁多，但是，从被胶件间的胶接接头型式种类繁多，但是，从被胶件间的相对位置来分，有角型、相对位置来分，有角型、T T字型、对接型和面接型四字型、对接型和面接型四种，见图种，见图2727。v 对于飞机铝合金结构来说，最常用的是面接对于飞机铝合金结构来说，最常用的是面接接头接头(包括搭接头包括搭接头)和和T T型接头，至于对接及角接接头型接头，至于对接及角接接头则很少采用，即使采用，也常与搭接组成混合型接则很少采用，即使采用，也常与搭接组成混合型接头，见图头，见图2828。v 在实际工作中，胶接接头受力状态在实际工作中，胶接接头受力状态比较复杂，为了分析方便，可把它们简比较复杂，为了分析方便，可把它们简化为剪切力和拉力化为剪切力和拉力(或扯离力或扯离力)两种。而两种。而拉力又分均匀扯离力，不均匀扯离力和拉力又分均匀扯离力，不均匀扯离力和剥离力三种形式，如图剥离力三种形式，如图2929所示。下面所示。下面我们来分析一下各种受力状态的应力分我们来分析一下各种受力状态的应力分布及对强度的影响。布及对强度的影响。v a a搭接接头搭接接头v 承受剪应力为主的搭接接头，在飞机结构中得承受剪应力为主的搭接接头，在飞机结构中得到广泛的应用，能够保证较高的强度。到广泛的应用，能够保证较高的强度。v 现以单搭接接头为例来分析，如图现以单搭接接头为例来分析，如图29a29a所示，所示，当搭接接头受拉力当搭接接头受拉力P P作用时，如果我们略去被粘物接作用时，如果我们略去被粘物接件的厚度，拉力件的厚度，拉力P P的作用线恰好处在胶接平面上，则的作用线恰好处在胶接平面上，则该作用力在胶接平面上产生剪应力。但实际上，由该作用力在胶接平面上产生剪应力。但实际上，由于被粘接件的厚度使力的作用线有一偏心，于是胶于被粘接件的厚度使力的作用线有一偏心，于是胶层不但有剪应力，还因接头的弯曲而产生拉应力。层不但有剪应力，还因接头的弯曲而产生拉应力。接头的综合变形情况如图接头的综合变形情况如图210b210b所示。被粘物所示。被粘物I I的的a a处受力最大，处受力最大，b b处接近零，因为通过胶层已把力传给处接近零，因为通过胶层已把力传给被粘物被粘物。相反，被粘物。相反，被粘物的的b b处受力最大，处受力最大，a a处为处为自由端，应力为零。胶层内自由端，应力为零。胶层内a ab b处剪应力和拉应力处剪应力和拉应力都是最大的。显然，单搭接接头有明显的应力集中，都是最大的。显然，单搭接接头有明显的应力集中，这会降低接头的剪切强度，又由于两端拉应力大而这会降低接头的剪切强度，又由于两端拉应力大而使接头两端容易剥离。使接头两端容易剥离。v 试验证明，当胶接面宽度一定时，增加搭接长试验证明，当胶接面宽度一定时，增加搭接长度，接头所承受的破坏载荷有所提高。但增加到一度，接头所承受的破坏载荷有所提高。但增加到一定长度之后，承载能力很难再提高了，见图定长度之后，承载能力很难再提高了，见图211211。这是因为：搭接长度增加，应力集中情况更为严重，这是因为：搭接长度增加，应力集中情况更为严重，靠近边缘处应力减小到零。继续增加搭接长度，只靠近边缘处应力减小到零。继续增加搭接长度，只能增加应力为零的中间区域，而不能使能增加应力为零的中间区域，而不能使a ab b两端应两端应力减小，故也不能使胶接件承载能力加大。搭接宽力减小，故也不能使胶接件承载能力加大。搭接宽度则不同，承载能力随搭接宽度的增加而直线上升，度则不同，承载能力随搭接宽度的增加而直线上升，见图见图211211。vb b剥离剥离v 剥离是指一种较柔软的材料与一种刚度大的材剥离是指一种较柔软的材料与一种刚度大的材料胶接时常出现的一种受力状态料胶接时常出现的一种受力状态(见图见图29C)29C)。例如。例如薄蒙皮与刚度大的梁、肋等零件的胶接。蒙皮在气薄蒙皮与刚度大的梁、肋等零件的胶接。蒙皮在气动力作用下，往往对胶缝产生剥离作用。剥离时，动力作用下，往往对胶缝产生剥离作用。剥离时，应力集中在胶缝边缘的一条线上，其余部分并不同应力集中在胶缝边缘的一条线上，其余部分并不同时受力。因此受到剥离时，接头承载能力很小，胶时受力。因此受到剥离时，接头承载能力很小，胶缝抗剥离强度很低。接头的抗剥离强度除与蒙皮的缝抗剥离强度很低。接头的抗剥离强度除与蒙皮的刚度、胶层的厚度等有关外，主要与胶层韧性有关，刚度、胶层的厚度等有关外，主要与胶层韧性有关，还与剥离角还与剥离角有关。如图有关。如图212212所示，随所示，随角的减小，角的减小，抗剥离强度逐渐降低。抗剥离强度逐渐降低。vc c不均匀扯离不均匀扯离v 胶接接头的不均匀扯离受力状态胶接接头的不均匀扯离受力状态(见图见图29d)29d)在在飞机结构的胶接中也是存在的。例如机翼蒙皮与翼飞机结构的胶接中也是存在的。例如机翼蒙皮与翼肋、桁条的胶接，蒙皮因受气动引力而对胶层有一肋、桁条的胶接，蒙皮因受气动引力而对胶层有一不均匀扯离的作用力，在整个胶接面上应力分布很不均匀扯离的作用力，在整个胶接面上应力分布很不均匀，应力主要集中在胶缝边缘的小区域内，所不均匀，应力主要集中在胶缝边缘的小区域内，所以强度很低，一般只有均匀扯离强度的以强度很低，一般只有均匀扯离强度的1010左右。左右。v 接头参数对胶接强度影响很大，尤其象蒙皮这接头参数对胶接强度影响很大，尤其象蒙皮这种被胶件的厚度和长度，影响更明显。图种被胶件的厚度和长度，影响更明显。图213213是模是模拟飞机蒙皮拟飞机蒙皮骨架胶接构件的试验结果。由图可知，骨架胶接构件的试验结果。由图可知，蒙皮愈厚，长度愈小，则胶接强度愈高。另外，减蒙皮愈厚，长度愈小，则胶接强度愈高。另外，减小桁条或翼肋间距，也有利于提高其结构强度。小桁条或翼肋间距，也有利于提高其结构强度。v 通过以上分析可见，胶接接头设计是一个很重要通过以上分析可见，胶接接头设计是一个很重要的问题。为了提高胶接接头的强度，从力学性能角的问题。为了提高胶接接头的强度，从力学性能角度来考虑，接头设计应遵循以下原则。度来考虑，接头设计应遵循以下原则。v(a)(a)受力方向在胶接强度最大的方向上。在胶接结构受力方向在胶接强度最大的方向上。在胶接结构中，应尽可能使胶接缝承受剪切载荷，其次是承受中，应尽可能使胶接缝承受剪切载荷，其次是承受均匀扯离均匀扯离(拉伸拉伸)载荷，尽量避免不均匀扯离，尤其载荷，尽量避免不均匀扯离，尤其是避免剥离。是避免剥离。v(b)(b)具有最大的粘接面积，提高接头的承载能力。无具有最大的粘接面积，提高接头的承载能力。无法增大面积时，可采用补铆少量铆钉或点焊的方法法增大面积时，可采用补铆少量铆钉或点焊的方法加强。加强。v(c)(c)尽可能避免应力集中，减小产生剥离、劈开和弯尽可能避免应力集中，减小产生剥离、劈开和弯曲的可能性。对于搭接接头，可采用在一定范围内曲的可能性。对于搭接接头，可采用在一定范围内减小搭接长度，增加搭接宽度，或适当增加被粘物减小搭接长度，增加搭接宽度，或适当增加被粘物厚度和刚度等措施减小应力集中。厚度和刚度等措施减小应力集中。v(d)(d)胶层薄而连续，尽可能均匀，避免欠胶。胶层薄而连续，尽可能均匀，避免欠胶。(3)被粘物的表面粗糙度和表面形态v 我们知道，真正平滑的表面是不存在的。对于我们知道，真正平滑的表面是不存在的。对于胶接来说，真正光滑的固体表面并不理想，因为表胶接来说，真正光滑的固体表面并不理想，因为表面具有一定的粗糙度可以增大胶接面积，而且可以面具有一定的粗糙度可以增大胶接面积，而且可以增大胶粘剂对粗糙固体表面的机械结合力。但这种增大胶粘剂对粗糙固体表面的机械结合力。但这种粗糙度要控制在一个合适的范围内，如果表面过于粗糙度要控制在一个合适的范围内，如果表面过于粗糙，或表面出现十分明显的凹凸不平现象，反而粗糙，或表面出现十分明显的凹凸不平现象，反而会导致胶接强度降低。因为，在低凹处会积存空气，会导致胶接强度降低。因为，在低凹处会积存空气，使胶层出现气泡；在凸起处则会由于贫胶而出现胶使胶层出现气泡；在凸起处则会由于贫胶而出现胶层不连续点。这二者都会导致胶接强度降低。层不连续点。这二者都会导致胶接强度降低。v令令 代表固体表面实际面积与可见几何面积之比，代表固体表面实际面积与可见几何面积之比，即粗糙度系数即粗糙度系数(显然显然 )，并假定液态胶体在光，并假定液态胶体在光滑面的接触角为滑面的接触角为，在粗糙面的接触角为，在粗糙面的接触角为。v对于光滑平面，可以利用杨氏公式建立平衡方程，对于光滑平面，可以利用杨氏公式建立平衡方程，即即(22)(22)式。对于粗糙表面，有如下平衡方程：式。对于粗糙表面，有如下平衡方程：v （2-52-5）v把上式与把上式与2222式相比较可知得式相比较可知得 v v 1 1 （2-62-6）v 如如9090，即湿润性好的情况下，即湿润性好的情况下，90 90 ，即湿润性不好的情况下，即湿润性不好的情况下，胶粘剂在粗糙表面的湿润性能低于在光滑表面的湿胶粘剂在粗糙表面的湿润性能低于在光滑表面的湿润性。润性。v 通过以上分析可以看出，对被粘物面表进行粗通过以上分析可以看出，对被粘物面表进行粗糙化处理时，要根据胶粘剂在被粘物表面的湿润情糙化处理时，要根据胶粘剂在被粘物表面的湿润情况酌情进行。若胶接体系湿润性不好况酌情进行。若胶接体系湿润性不好(如低表面能固如低表面能固体的粘合体的粘合)，就不适宜粗糙化处理。，就不适宜粗糙化处理。v 实验表明，胶接强度不仅与被粘物实验表明，胶接强度不仅与被粘物表面粗糙度有关，而且与不同粗糙化方表面粗糙度有关，而且与不同粗糙化方法所产生的不同表面几何形态有密切的法所产生的不同表面几何形态有密切的联系。如喷砂法处理铝合金的效果与磨联系。如喷砂法处理铝合金的效果与磨料的种类、大小和形状有关。锐利的磨料的种类、大小和形状有关。锐利的磨料比作球形磨料处理的表面有更好的胶料比作球形磨料处理的表面有更好的胶接强度。如果被粘物呈接强度。如果被粘物呈“毛羽毛羽”状态，状态，可显著提高胶接强度。如轮胎中橡胶与可显著提高胶接强度。如轮胎中橡胶与帘线纤维的胶接强度就非常高。帘线纤维的胶接强度就非常高。(4)胶接接头的内应力 v 胶接接头中的内应力是影响胶接强度和耐久性胶接接头中的内应力是影响胶接强度和耐久性的重要因素之一。胶接体系存在的内应力一般有两的重要因素之一。胶接体系存在的内应力一般有两个来源：一是胶层在固化过程中因体积收缩而产生个来源：一是胶层在固化过程中