树脂基复合材料连接技术的发展与市场前景

近年来，复合材料一体化成型技术的发展尤为迅速，但在航空航天等一些关键领域，复合材料连接技术的需求持续存在，新型连接技术在结构整体强度的提升，成本节约和轻量化等要素持续优化。所以，也充分体现了发展复合材料连接技术的必要性。

树脂基复合材料可按照树脂的形态来分为两类，即热固性树脂和热塑性树脂。其对应的连接技术也有一些差异。比较常见的连接技术有机械连接、胶接连接，也有同时应用前两种方式的混合连接技术。

机械连接技术安全可靠，传递载荷大，并且可重复装配和拆卸。机械连接虽然连接结构强度高，但连接接头重量大，装配效率较低；胶接连接相比于机械连接，具有轻质、无破坏性、容易实现成型一体化，所以对于一些复杂结构件的连接多选择胶接方式。

螺接是飞机复合材料结构最主要的机械连接方法，但单个螺栓成本高、轻量化效果不佳，加之单架飞机用量大，往往造成飞机复合材料连接成本高、增重明显。有研究表明：相比于螺接，铆接可靠性高，而成本不到螺接十分之一甚至更低，装配工艺更简便、轻量化效果更明显，其在飞机复合材料结构制造和修复中具有潜在技术和经济优势。

但在铆接过程中，CFRP极易发生损伤，近日由川大研发的无损铆接技术。提高了连接强度约87%、抗剪切拉伸能力33%、连接疲劳寿命1000%，而使其连接重量减轻27%、连接成本降低90%，成功在实现无损铆接的基础上减轻了结构重量，降低了应用成本。

熔融焊接是热塑性复合材料特有的一种连接方式，热塑性树脂较低的表面能导致与胶黏剂结合能力差，其受热软化，冷却硬化的特性使熔融焊接成为新型连接方法。还能避免机械连接预制孔会对增强纤维的破坏、异种材料连接可能产生电偶腐蚀弱化界面，从而影响整体结构的性能。

常见的熔融焊接技术有4种：电阻焊接、感应焊接、超声焊接和激光焊接：

电阻焊接（RW）是电流流经加热元件产生焦耳热，在加热元件表面的高温会导致热塑性树脂的熔化，由焊接压力压实形成焊接接头。

感应焊接（IW）是在导电线圈上施加交流电压时产生交流电，感应出时变磁场，当加热元件被放置在时变磁场附近时，就会产生涡流，涡流流过导电回路在焊接界面产生热量，

超声焊接（UW）是通过超声波发生器将高频交流电转换为高频振动，小振幅变化的运动产生了分子间摩擦并转换为热能，经过传导到达接头界面，直到熔融导能筋，在压力下流动并浸润待焊件形成连接。

激光焊接（LW）是用激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。

未来，复合材料连接技术还在不断向着经济化、高强度的方向发展，传统连接技术如机械连接和胶接连接，由于具备成本优势，在诸多领域发展成熟，还将持续被应用。但随着热塑性复合材料的发展，焊接技术将进一步取代传统连接技术，成为未来发展的重点。