荷蘭Twente大學(xué)的一項(xiàng)研究為航空器進(jìn)一步實(shí)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(fù)合材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件的新方法。該方法拓展了熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
熱塑性復(fù)合材料是一種輕質(zhì)高強(qiáng)且節(jié)省燃油的新型材料，是一種采用纖維增強(qiáng)體與熱塑性塑料復(fù)合而成的材料。長久以來，熱塑性復(fù)合材料在汽車及航空領(lǐng)域的應(yīng)用一直在不斷增長。例如，波音和空客的最新機(jī)型都有近半數(shù)重量來自復(fù)合材料部件。但熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)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(shí)困難尤其明顯，金屬與熱塑性復(fù)合材料的連接就是困擾之一。該研究成果的重要貢獻(xiàn)就在于為熱塑性復(fù)合材料在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用鋪平了道路。
Su的導(dǎo)師，摩擦學(xué)副教授Matthijn de Rooij表示：“很多輕量化結(jié)構(gòu)都由多種材料組成。每種材料都需要用在恰當(dāng)?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(lǐng)域，輕合金和熱塑性復(fù)合材料部件的連接尤為重要。采用熱塑性復(fù)合材料制造的門鉸鏈就是一個(gè)很好的例子，你不能僅僅在熱塑性復(fù)合材料上鉆孔插入螺栓就了事，因?yàn)槟菢訒斐刹牧舷喈?dāng)一部分的強(qiáng)度損失。因此，最好能采用在材料中預(yù)埋的方式開發(fā)一種新的連接法，而預(yù)埋件對于材料的強(qiáng)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(qiáng)度很高，幾乎與其余部分的復(fù)合材料相當(dāng)。我們現(xiàn)在需要確認(rèn)的是這種高強(qiáng)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(shù)工程化。”
熱塑性復(fù)合材料部件通常由預(yù)浸料制成，而預(yù)浸料一般是預(yù)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(yù)埋到復(fù)合材料中，使其與預(yù)浸料一同固化，這種方法能夠節(jié)省時(shí)間和成本，在航空界前所未有。
Su同時(shí)研究了熱塑性復(fù)合材料預(yù)埋金屬件保持高強(qiáng)度的機(jī)理和影響連接效果的因素。熱塑性復(fù)合材料表面的粗糙度和孔隙率應(yīng)是多少才最有利于金屬預(yù)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(yù)埋件的最佳外形和保持高強(qiáng)度的最佳粘接面。
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