荷蘭Twente大學的一項研究為航空器進一步實現(xiàn)輕量化提供了可能。博士研究生Yibo Su開發(fā)了一種用于粘接熱塑性復合材料輕質(zhì)結構件的新方法。該方法拓展了熱塑性復合材料的應用領域。
熱塑性復合材料是一種輕質(zhì)高強且節(jié)省燃油的新型材料，是一種采用纖維增強體與熱塑性塑料復合而成的材料。長久以來，熱塑性復合材料在汽車及航空領域的應用一直在不斷增長。例如，波音和空客的最新機型都有近半數(shù)重量來自復合材料部件。但熱塑性復合材料的應用中仍存在不小的挑戰(zhàn)，特別是需要將其與不同種類的材料相連接時困難尤其明顯，金屬與熱塑性復合材料的連接就是困擾之一。該研究成果的重要貢獻就在于為熱塑性復合材料在更廣泛領域的應用鋪平了道路。
Su的導師，摩擦學副教授Matthijn de Rooij表示：“很多輕量化結構都由多種材料組成。每種材料都需要用在恰當?shù)牡胤?。不同材料之間只有通過合適的連接才能更好地發(fā)揮作用。在航空領域，輕合金和熱塑性復合材料部件的連接尤為重要。采用熱塑性復合材料制造的門鉸鏈就是一個很好的例子，你不能僅僅在熱塑性復合材料上鉆孔插入螺栓就了事，因為那樣會造成材料相當一部分的強度損失。因此，最好能采用在材料中預埋的方式開發(fā)一種新的連接法，而預埋件對于材料的強度是無影響的。Su就找到了一種能夠確保連接安全性的新方法，因此連接強度很高，幾乎與其余部分的復合材料相當。我們現(xiàn)在需要確認的是這種高強度是否能夠在長期服役狀態(tài)下依然保持較高水平。下一步我們要將該技術工程化。”
熱塑性復合材料部件通常由預浸料制成，而預浸料一般是預浸過樹脂之后，在一定的壓力或熱壓罐條件下固化成型的。Su將金屬件預埋到復合材料中，使其與預浸料一同固化，這種方法能夠節(jié)省時間和成本，在航空界前所未有。
Su同時研究了熱塑性復合材料預埋金屬件保持高強度的機理和影響連接效果的因素。熱塑性復合材料表面的粗糙度和孔隙率應是多少才最有利于金屬預埋件穿入并粘接牢固？怎樣的表面處理方法更為合適？這些都是需要考慮的問題。目前，Su已經(jīng)獲得了預埋件的最佳外形和保持高強度的最佳粘接面。
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