复合材料胶接接头力学性能的研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.11.022

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (11): 144-160.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.11.022

复合材料胶接接头力学性能的研究进展

冯闯, 赵广慧()

西南石油大学机电工程学院，成都 610500

收稿日期:2021-03-29 出版日期:2021-11-26 发布日期:2021-11-23

Research Progress on Mechanical Properties of Adhesive Joints in Composite Materials

FENG Chuang, ZHAO Guanghui()

School of Mechanical Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China

Received:2021-03-29 Online:2021-11-26 Published:2021-11-23
Contact: ZHAO Guanghui E-mail:zhaogh@swpu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

回顾了近10年复合材料胶接接头力学性能的最新研究进展，从搭接结构、黏合剂、被粘物、环境条件以及接头缺陷等方面，综述各种因素对接头力学性能的定性影响趋势和定量影响程度，为复合材料构件之间的连接设计提供依据。

关键词: 复合材料, 胶接接头, 力学性能, 影响因素

Abstract:

This paper reviewed the latest research progress in the mechanical properties of adhesive joints in composites over the past decades. The qualitative influence trend and quantitative influence degree of various factors on the mechanical properties of the joint were summarized on the basis the aspects of the lapped structure， adhesives， adherend， environmental conditions and the joint defects. This paper provides a basis for design of the connection between the composite components.

Key words: composite, adhesive joint, mechanical property, influencing factor

中图分类号:

TQ 325

冯闯, 赵广慧. 复合材料胶接接头力学性能的研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(11): 144-160.

FENG Chuang, ZHAO Guanghui. Research Progress on Mechanical Properties of Adhesive Joints in Composite Materials[J]. China Plastics, 2021, 35(11): 144-160.

图/表 10

参考文献 114

1	PARASHAR A， MERTINY P. Adhesively Bonded Composite Tubular Joints： Review ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2012， 38：58⁃68.
2	KANERVA M， SAARELA O. The Peel Ply Surface Treatment for Adhesive Bonding of Composites： A Review ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2013， 43：60⁃69.
3	SINMAZçELIK T， AVCU E， BORA M Ö， et al. A Review： Fibre Metal Laminates， Background， Bonding Types and Applied Test Methods ［J］. Materials & Design， 2011， 32（7）： 3 671⁃3 685.
4	NETO J A B P， CAMPILHO R D S G， SILVA L F MDA. Parametric Study of Adhesive Joints with Compo⁃sites ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2012， 37：96⁃101.
5	ANYFANTIS K N， TSOUVALIS N G. Loading and Fracture Response of CFRP⁃to⁃Steel Adhesively Bonded Joints with Thick Adherents⁃Part II： Numerical Simulation ［J］. Composite Structures， 2013， 96：858⁃868.
6	OZEL A， YAZICI B， AKPINAR S， et al. A Study on The Strength of Adhesively Bonded Joints with Different Adherends ［J］. Composites Part B： Engineering， 2014， 62：167⁃174.
7	GüLTEKIN K， AKPINAR S， ÖZEL A. The Effect of The Adherend Width on The Strength of Adhesively Bon⁃ded Single⁃Lap Joint： Experimental and Numerical Analysis ［J］. Composites Part B： Engineering， 2014， 60：736⁃745.
8	JEN Y M， KO C W. Evaluation of Fatigue Life of Adhesively Bonded Aluminum Single⁃Lap Joints Using Interfacial Parameters ［J］. International Journal of Fatigue， 2010， 32（2）： 330⁃340.
9	ISLAM M S， TONG L. Effects of Hygrothermal and Ambient Humidity Conditioning on Shear Strength of Metal⁃GFRP Single Lap Joints Co⁃Cured in and out of Water ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2016， 68：305⁃316.
10	NANDA KISHORE A， SIVA PRASAD N. An Experimental Study of Flat⁃Joggle⁃Flat Bonded Joints in Composite Laminates ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2012， 35：55⁃58.
11	许昶，刘志明.CFRP平_折_平连接接头试验研究与数值模拟［J］ .北京航空航天大学学报，2019，45（17）：2 207⁃2 216.
	XU C，LIU Z M. Experimental Study and Numerical Simulation on CFRP Flat⁃Joggle⁃Flat Joints ［J］ . Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2019，45（11）：2 207⁃2 216.
12	NOSOUHI F， FARAHANI M， ANSARI M. Experimental and Numerical Study on The Composite Adhesive Joint Reinforcement Using Wavy Edge ［J］. Journal of Adhesion Science and Technology， 2017， 32（9）： 1 007⁃1 017.
13	RAHMANI A， CHOUPANI N. Experimental and Numerical Analysis of Fracture Parameters of Adhsively Bonded Joints at Low Temperatures ［J］. Engineering Fracture Mechanics， 2019， 207：222⁃236.
14	MU W， NA J， TAN W， et al. Durability of Adhesively Bonded CFRP⁃Aluminum Alloy Joints Subjected to Coupled Temperature and Alternating Load ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2020， 99.
15	刘子仙，陈晓峰，周鑫，等.一种增加碳纤维复合材料管件与接头之间连接强度的设计方法：中国，2017103562038［P］. 2017⁃10⁃20.
16	YOO J S， TRUONG V H， PARK M Y， et al. Parametric Study on Static and Fatigue Strength Recovery of Scarf⁃Patch⁃Repaired Composite Laminates ［J］. Composite Structures， 2016， 140：417⁃432.
17	LOUSDAD A， MEGUENI A， BOUCHIKHI A S. Geometric Edge Shape Based Optimization for Interfacial Shear Stress Reduction in Fiber Reinforced Polymer Plate Retrofitted Concrete Beams ［J］. Computational Materials Science， 2010， 47（4）： 911⁃918.
18	杜宇，杨涛，牛雪娟.炭纤维层合板和铝合金板阶梯形胶接接头拉伸失效实验［J］ .固体火箭技术，2018，41（4）：503⁃508.
	DU Y，YANG T，NIU X J. Experimental Study on Tensile and Bending Properties of Scarf⁃Patch⁃Repaired Composite Laminates ［J］. Journal of Solid Rocket Technology， 2018， 41（4）：503⁃508.
19	BANEA M D， SILVA L F MDA. Adhesively Bonded Joints in Composite Materials： An Overview ［J］. Proceedings of The Institution of Mechanical Engineers， Part L： Journal of Materials： Design and Applications， 2016， 223（1）： 1⁃18.
20	IGNACIO R R， JUAN L L G V. Method For Simulating The Behavior of A Bonded Joint of Two Parts：US， 8229717B2［P］. 2012⁃07⁃24.
21	周祥，胡业发，黄向阳，等.碳纤维复合材料T型胶接接头损伤行为研究［J］.数字制造科学，2018，16（4）：269⁃274.
	ZHOU X，HU Y F，HUANG X Y，et al. Study on Damage Behaviour of CFRP T⁃joint［J］.Digital Manufacture Science， 2018， 16（4）：269⁃274.
22	LIU Y， LEMANSKI S， ZHANG X. Parametric Study of Size， Curvature and Free Edge Effects on The Predicted Strength of Bonded Composite Joints ［J］. Composite Structures， 2018， 202：364⁃373.
23	QIU C， FENG P， YANG Y， et al. Joint Capacity of Bonded Sleeve Connections for Tubular Fibre Reinforced Polymer Members ［J］. Composite Structures， 2017， 163：267⁃279.
24	王海鹏，刘梦媛，陈新文.复合材料管⁃铝接头胶接结构抗拉性能试验研究［J］.纤维复合材料，2013（3）：27⁃29.
	WANG H P， LIU M Y， CHEN X W. Experimental Study on Properties of Adhesive Bonded Components of Composites Pipe⁃Aluminum Joint ［J］.Fiber Composites， 2013（3）：27⁃29.
25	LI J， YAN Y， ZHANG T， et al. Experimental Study of Adhesively Bonded CFRP Joints Subjected to Tensile Loads ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2015， 57：95⁃104.
26	MARK R G， RONY G G， VIRGINIA H F. Hybrid Metallic/Composite Joint with Enhanced Performance： US，0093422A1［P］. 2018⁃04⁃05.
27	YU Q Q， GAO R X， GU X L， et al. Bond Behavior of CFRP⁃Steel Double⁃Lap Joints Exposed to Marine Atmosphere and Fatigue Loading ［J］. Engineering Structures， 2018， 175：76⁃85.
28	CAMPILHO R D S G， PINTO A M G， BANEA M D， et al. Strength Improvement of Adhesively⁃Bonded Joints Using A Reverse⁃Bent Geometry ［J］. Journal of Adhesion Science and Technology， 2012， 25（18）： 2 351⁃2 368.
29	XU W， LI G. Finite Difference Three⁃Dimensional Solution of Stresses in Adhesively Bonded Composite Tubular Joint Subjected to Torsion ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2010， 30（4）： 191⁃199.
30	AIMMANEE S， HONGPIMOLMAS P. Stress Analysis of Adhesive⁃Bonded Tubular⁃Coupler Joints with Optimum Variable⁃Stiffness Composite Adherend Under Torsion ［J］. Composite Structures， 2017， 164：76⁃89.
31	AIMMANEE S， HONGPIMOLMAS P， RUANGJIRA⁃KIT K. Simplified Analytical Model for Adhesive⁃Bonded Tubular Joints with Isotropic and Composite Adherends Subjected to Tension ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2018， 86：59⁃72.
32	KUMAR S， KHAN M A. An Elastic Solution for Adhesive Stresses in Multi⁃Material Cylindrical Joints ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2016， 64：142⁃152.
33	NA J， MU W， QIN G， et al. Effect of Temperature on The Mechanical Properties of Adhesively Bonded Basalt FRP⁃Aluminum Alloy Joints in The Automotive Industry ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2018， 85：138⁃148.
34	REIS P N B， SOARES J R L， PEREIRA A M， et al. Effect of Adherends and Environment on Static and Tran⁃sverse Impact Response of Adhesive Lap Joints ［J］. Theoretical and Applied Fracture Mechanics， 2015， 80：79⁃86.
35	HAMOODI⁃TABAR M， REZA A. Long⁃Term Shear Stress Distribution in Adhesively Bonded Tubular Joints under Tensile Load Using The Time⁃Temperature Superposition Principle ［J］. The Journal of Adhesion， 2019， 1⁃18.
36	FERNÁNDEZ⁃CAñADAS L M， IVAñEZ I， SANCHEZ⁃SAEZ S， et al. Effect of Adhesive Thickness and Overlap on The Behavior of Composite Single⁃Lap Joints ［J］. Mechanics of Advanced Materials and Structures， 2019， 1⁃10.
37	KIM D， LEE D G， KIM J C， et al. Effect of Molecular Weight of Polyurethane Toughening Agent on Adhesive Strength and Rheological Characteristics of Automotive Structural Adhesives ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2017， 74：21⁃27.
38	DOMUN N， HADAVINIA H， ZHANG T， et al. Improving The Fracture Toughness and The Strength of Epoxy Using Nanomaterials—A Review of The Current Status ［J］. Nanoscale， 2015， 7（23）： 10 294⁃10 329.
39	PALUVAI N R， MOHANTY S， NAYAK S K. Synthesis and Modifications of Epoxy Resins and Their Compo⁃sites： A Review ［J］. Polymer⁃Plastics Technology and Engineering， 2014， 53（16）： 1 723⁃1 758.
40	YANG G， YANG T， YUAN W， et al. The Influence of Surface Treatment on The Tensile Properties of Carbon Fiber⁃Reinforced Epoxy Composites⁃Bonded Joints ［J］. Composites Part B： Engineering， 2019， 160：446⁃456.
41	AKPINAR I A， GüLTEKIN K， AKPINAR S， et al. Experimental Analysis on The Single⁃Lap Joints Bonded by A Nanocomposite Adhesives Which Obtained by Adding Nanostructures ［J］. Composites Part B： Engineering， 2017， 110：420⁃428.
42	RIBEIRO F M F， CAMPILHO R D S G， CARBAS R J C， et al. Strength and Damage Growth in Composite Bonded Joints with Defects ［J］. Composites Part B： Engineering， 2016， 100：91⁃100.
43	SORRENTINO L， POLINI W， BELLINI C， et al. Surface Treatment of CFRP： Influence on Single Lap Joint Performances ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2018， 85：225⁃233.
44	LIAO L， HUANG C， SAWA T. Effect of Adhesive Thickness， Adhesive Type and Scarf Angle on The Mechanical Properties of Scarf Adhesive Joints ［J］. International Journal of Solids and Structures， 2013， 50（25/26）： 4 333⁃4 340.
45	XU W， WEI Y. Strength and Interface Failure Mechanism of Adhesive Joints ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2012， 34：80⁃92.
46	QUAN D， URDáNIZ J L， ROUGE C， et al. The Enhancement of Adhesively⁃Bonded Aerospace⁃Grade Composite Joints Using Steel Fibres ［J］. Composite Structures， 2018， 198：11⁃18.
47	GIV A N， AYATOLLAHI M R， GHAFFARI S H， et al. Effect of Reinforcements at Different Scales on Mechanical Properties of Epoxy Adhesives and Adhesive Joints： a review ［J］. Journal of Adhesion， 2018， 94（13）： 1 082⁃1 121.
48	RAZAVI S M J， AYATOLLAHI M R， ESMAEILI E， et al. Mixed⁃Mode Fracture Response of Metallic Fiber⁃Reinforced Epoxy Adhesive ［J］. European Journal of Mechanics ⁃ A/Solids， 2017， 65：349⁃359.
49	LADANI R B， WU S， KINLOCH A J， et al. Enhancing Fatigue Resistance and Damage Characterisation in Adhesively⁃Bonded Composite Joints by Carbon Nanofibres ［J］. Composites Science and Technology， 2017， 149：116⁃126.
50	KIM C⁃H， J⁃HCHOI. Effects of Dispersion Methods and Surface Treatment of Carbon Nano⁃Tubes on Defect Detectability and Static Strengths of Adhesive Joints ［J］. Composite Structures， 2017， 176：684⁃691.
51	ESMAEILI E， RAZAVI S M J， BAYAT M， et al. Flexural Behavior of Metallic Fiber⁃Reinforced Adhesively Bonded Single Lap Joints ［J］. The Journal of Adhesion， 2017， 94（6）： 453⁃472.
52	WANG B， BAI Y， HU X， et al. Enhanced Epoxy Adhesion between Steel Plates by Surface Treatment and CNT/Short⁃Fibre Reinforcement ［J］. Composites Science and Technology， 2016， 127：149⁃157.
53	KHORAMISHAD H， KHAKZAD M. Toughening Epoxy Adhesives with Multi⁃Walled Carbon Nanotubes ［J］. The Journal of Adhesion， 2016， 94（1）： 15⁃29.
54	KORAYEM A H， LI C Y， ZHANG Q H， et al. Effect of Carbon Nanotube Modified Epoxy Adhesive on CFRP⁃to⁃Steel Interface ［J］. Composites Part B： Engineering， 2015， 79：95⁃104.
55	GUDE M R， PROLONGO S G， GóMEZ⁃DEL RíO T， et al. Mode⁃I Adhesive Fracture Energy of Carbon Fibre Composite Joints with Nanoreinforced Epoxy Adhesives ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2011， 31（7）： 695⁃703.
56	TAKEDA T， NARITA F. Fracture Behavior and Crack Sensing Capability of Bonded Carbon Fiber Composite Joints with Carbon Nanotube⁃Based Polymer Adhesive Layer under Mode I Loading ［J］. Composites Science and Technology， 2017， 146：26⁃33.
57	HPARK J，HCHOI J，HKWEON J. Evaluating The Strengths of Thick Aluminum⁃to⁃Aluminum Joints with Different Adhesive Lengths and Thicknesses ［J］. Composite Structures， 2010， 92（9）： 2 226⁃2 235.
58	QIN Z， YANG K， WANG J， et al. The Effects of Geometrical Dimensions on The Failure of Composite⁃to⁃Composite Adhesively Bonded Joints ［J］. The Journal of Adhesion， 2020， 1⁃28.
59	邹田春，秦家徐，李龙辉，等. 搭接长度对钛合金⁃芳纶纤维复合材料单搭接接头胶接性能的影响［J］. 中国塑料，2020，34（1）：17⁃21.
	ZOU T C，QIN J X，LI L H，et al. Effect of Lap Length on Bonding Properties of Titanium Alloy/Aramid Fiber Composites Single Lap Joints ［J］. China Plastics，2020，34（1）：17⁃21.
60	杨本宁，郑艳萍，李成，等. 复合材料胶接单搭接连接强度与失效模式研究［J］. 玻璃钢/复合材料，2019（2）：26⁃32.
	YANG B N，ZHENG Y P，LI C，et al. Study on Strength and Failure Mode of Ahesively Bonded Single Lap Joints of Composite Material ［J］. Fiber Reinforced Plastics/Composites，2019（2）： 26⁃32.
61	郭霞，关志东，刘遂，等. 搭接长度对复合材料单搭接胶接接头的影响［J］. 科技导报，2013（7）：37⁃41.
	GUO X，GUAN Z D，LIU S，et al. Effect of Lap Length on the Adhesive⁃bonded Single⁃lap Composite Joints ［J］. Science & Technology Review，2013（7）：37⁃41.
62	ARENAS J M， NARBóN J J， ALíA C. Optimum Adhesive Thickness in Structural Adhesives Joints Using Statistical Techniques Based on Weibull Distribution ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2010， 30（3）： 160⁃165.
63	KUMAR S， TAMPI S. Modeling of Single⁃Lap Composite Adhesive Joints under Mechanical and Thermal Loads ［J］. Journal of Adhesion Science and Technology， 2015， 30（7）： 759⁃783.
64	JI G， OUYANG Z， LI G， et al. Effects of Adhesive Thickness on Global and Local Mode⁃I Interfacial Fracture of Bonded Joints ［J］. International Journal of Solids and Structures， 2010， 47（18/19）： 2 445⁃2 458.
65	BOUTAR Y， NAïMI S， MEZLINI S， et al. Effect of Adhesive Thickness and Surface Roughness on The Shear Strength of Aluminium One⁃Component Polyurethane Adhesive Single⁃Lap Joints for Automotive Applications ［J］. Journal of Adhesion Science and Technology， 2016， 30（17）： 1 913⁃1 929.
66	MARZI S， BIEL A， STIGH U. On Experimental Methods to Investigate The Effect of Layer Thickness on The Fracture Behavior of Adhesively Bonded Joints ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2011， 31（8）： 840⁃850.
67	BUDHE S， BANEA M D， DE BARROS S， et al. An Updated Review of Adhesively Bonded Joints in Compo⁃site Materials ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2017， 72：30⁃42.
68	ISLAM M S， TONG L， FALZON P J. Influence of Metal Surface Preparation on Its Surface Profile， Contact angle， Surface Energy and Adhesion with Glass Fibre Prepreg ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2014， 51：32⁃41.
69	ENCINAS N， OAKLEY B R， BELCHER M A， et al. Surface Modification of Aircraft Used Composites for Adhesive Bonding ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2014， 50：157⁃63.
70	IQBAL H M S， BHOWMIK S， BENEDICTUS R. Surface Modification of High Performance Polymers by Atmospheric Pressure Plasma and Failure Mechanism of Adhesive Bonded Joints ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2010， 30（6）： 418⁃424.
71	SILVA L F MDA， CARBAS R J C， CRITCHLOW G W， et al. Effect of Material， Geometry， Surface Treatment and Environment on The Shear Strength of Single Lap Joints ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2009， 29（6）： 621⁃632.
72	XIE Y， YANG B， LU L， et al. Shear Strength of Bonded Joints of Carbon Fiber Reinforced Plastic （CFRP） Laminates Enhanced by A Two⁃Step Laser Surface Treatment ［J］. Composite Structures， 2020， 232.
73	RAMíREZ F M G， MOURA M F S F， MOREIRA R D F， et al. A Review on The Environmental Degradation Effects on Fatigue Behaviour of Adhesively Bonded Joints ［J］. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures， 2020， 43（7）： 1 307⁃1 326.
74	S⁃MPARK， ROY R， J⁃HKWEON， et al. Strength and Failure Modes of Surface Treated CFRP Secondary Bonded Single⁃Lap Joints in Static and Fatigue Tensile Loading Regimes ［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2020， 134.
75	SHANG X， MARQUES E A S， MACHADO J J M， et al. Review on Techniques to Improve The Strength of Adhesive Joints with Composite Adherends ［J］. Composites Part B： Engineering， 2019， 177.
76	LI Y， ZHAN X， GAO C， et al. Comparative Study of Infrared Laser Surface Treatment and Ultraviolet Laser Surface Treatment of CFRP Laminates ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2019， 102（9⁃12）： 4 059⁃4 071.
77	MOREIRA R D F， OLIVEIRA V， SILVA F G A， et al. Influence of Femtosecond Laser Treated Surfaces on The Mode I Fracture Toughness of Carbon⁃Epoxy Bon⁃ded Joints ［J］. International Journal of Adhesion and Adh⁃esives， 2018， 82：108⁃113.
78	LEONE C， GENNA S. Effects of Surface Laser Treatment on Direct Co⁃Bonding Strength of CFRP Laminates ［J］. Composite Structures， 2018， 194：240⁃251.
79	BUCHMANN C， LANGER S， FILSINGER J， et al. Analysis of The Removal of Peel Ply from CFRP Surfaces ［J］. Composites Part B： Engineering， 2016， 89：352⁃361.
80	FISCHER F， KRELING S， JäSCHKE P， et al. Laser Surface Pre⁃Treatment of CFRP for Adhesive Bonding in Consideration of The Absorption Behaviour ［J］. The Journal of Adhesion， 2012， 88（4⁃6）： 350⁃363.
81	PALMIERI F L， BELCHER M A， WOHL C J， et al. Laser Ablation Surface Preparation for Adhesive Bonding of Carbon Fiber Reinforced Epoxy Composites ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2016， 68：95⁃101.
82	MOHAN J， RAMAMOORTHY A， IVANKOVIĆ A， et al. Effect of An Atmospheric Pressure Plasma Treatment on The Mode I Fracture Toughness of a Co⁃Cured Composite Joint ［J］. The Journal of Adhesion， 2014， 90（9）： 733⁃754.
83	BORSELLINO C， DI BELLA G， RUISI V F. Adhesive Joining of Aluminium AA6082： The Effects of Resin and Surface Treatment ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2009， 29（1）： 36⁃44.
84	LI S， SUN T， LIU C， et al. A Study of Laser Surface Treatment in Bonded Repair of Composite Aircraft Structures ［J］. R Soc Open Sci， 2018， 5（3）.
85	HU P， HAN X， LI W D， et al. Research on The Static Strength Performance of Adhesive Single Lap Joints Subjected to Extreme Temperature Environment for Automotive Industry ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2013， 41：119⁃126.
86	BANEA M D， SILVA L F M D， CAMPILHO R D S G. Effect of Temperature on Tensile Strength and Mode I Fracture Toughness of A High Temperature Epoxy Adhesive ［J］. Journal of Adhesion Science and Technology， 2012， 26（7）： 939⁃953.
87	BANEA M D， DE SOUSA F S M， SILVA L F MDA， et al. Effects of Temperature and Loading Rate on the Mechanical Properties of A High Temperature Epoxy Adhesive ［J］. Journal of Adhesion Science and Technology， 2012， 25（18）： 2 461⁃2 474.
88	BANEA M D， SILVA L F MDA. Mechanical Characte⁃rization of Flexible Adhesives ［J］. Journal of Adhesion， 2009， 85（4⁃5）： 261⁃285.
89	REIS J M L， ANDRADE B， WATANABE M M， et al. Influence of Temperature on The Bending Stiffness and Tensile⁃Shear Strength of Composite–Metal Joints ［J］. The Journal of Adhesion， 2018， 94（14）： 1 122⁃1 136.
90	GRANT L D R， ADAMS R D， SILVA L F MDA. Effect of The Temperature on The Strength of Adhesively Bonded Single Lap and T Joints for The Automotive Industry ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2009， 29（5）： 535⁃542.
91	URKMEZ TASKIN N， SAHIN A. Effect of Aging Time at High Temperature on The Shear Strength of Adhesively Bonded Aluminum Composite Foam Joints ［J］. The Journal of Adhesion， 2018， 95（4）： 308⁃324.
92	FERNANDES R L， DE MOURA M F S F， MOREIRA R D F. Effect of Temperature on Pure Modes I and II Fracture Behavior of Composite Bonded Joints ［J］. Composites Part B： Engineering， 2016， 96：35⁃44.
93	CHARALAMBOUS G， ALLEGRI G， HALLETT S R. Temperature Effects on Mixed Mode I/II Delamination under Quasi⁃static and Fatigue Loading of A Carbon/Epoxy Composite ［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2015， 77：75⁃86.
94	CORONADO P， ARGüELLES A， VIñA J， et al. Influence of Temperature on A Carbon–Fibre Epoxy Compo⁃site Subjected to Static and Fatigue Loading under Mode⁃I Delamination ［J］. International Journal of Solids and Structures， 2012， 49（21）： 2 934⁃2 940.
95	BANEA M D， SILVA L F MDA， CAMPILHO R D S G. Mode II Fracture Toughness of Adhesively Bonded Joints as A Function of Temperature： Experimental and Numerical Study ［J］. The Journal of Adhesion， 2012， 88（4⁃6）： 534⁃551.
96	BANEA M D， SILVA L F MDA， CAMPILHO R D S G. Mode I Fracture Toughness of Adhesively Bonded Joints as A Function of Temperature： Experimental and Numerical study ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2011， 31（5）： 273⁃279.
97	BANEA M D， SILVA L F MDA， CAMPILHO R D S G. Temperature Dependence of The Fracture Toughness of Adhesively Bonded Joints ［J］. Journal of Adhesion Science and Technology， 2010， 24（11/12）： 2 011⁃2 026.
98	NACHTANE M， TARFAOUI M， SASSI S， et al. An Investigation of Hygrothermal Aging Effects on High Strain Rate Behaviour of Adhesively Bonded Composite Joints ［J］. Composites Part B： Engineering， 2019， 172：111⁃120.
99	VIANA G， COSTA M， BANEA M D， et al. Moisture and Temperature Degradation of Double Cantilever Beam Adhesive Joints ［J］. Journal of Adhesion Science and Technology， 2017， 31（16）： 1 824⁃1 838.
100	LIU S， CHENG X， ZHANG Q， et al. An Investigation of Hygrothermal Effects on Adhesive Materials and Double Lap Shear Joints of CFRP Composite Laminates ［J］. Composites Part B： Engineering， 2016， 91：431⁃440.
101	STAZI F， GIAMPAOLI M， ROSSI M， et al. Environmental Ageing on GFRP Pultruded Joints： Comparison between Different Adhesives ［J］. Composite Structures， 2015， 133：404⁃414.
102	ZHANG Y， ADAMS R D， SILVA L F M D. Absorption and Glass Transition Temperature of Adhesives Exposed to Water and Toluene ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2014， 50：85⁃92.
103	MOHAN J， IVANKOVIĆ A， MURPHY N. Mode I Fracture Toughness of Co⁃Cured and Secondary Bonded Composite Joints ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2014， 51：13⁃22.
104	CHAVES F J P， DE MOURA M F S F， SILVA L F MDA， et al. Fracture Characterization of Bonded Joints Using The Dual Actuator Load Apparatus ［J］. Journal of Adhesion Science and Technology， 2013， 28（5）： 512⁃524.
105	SUGITA Y， WINKELMANN C， SAPONARA VLA. Environmental and Chemical Degradation of Carbon/Epoxy Lap Joints for Aerospace Applications， and Effects on Their Mechanical Performance ［J］. Compo⁃sites Science and Technology， 2010， 70（5）： 829⁃839.
106	MOHAN J， IVANKOVIĆ A， MURPHY N. Effect of Prepreg Storage Humidity on The Mixed⁃Mode Fracture Toughness of A Co⁃Cured Composite Joint ［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2013， 45：23⁃34.
107	FERNANDES R L， DE MOURA M F S F， MOREIRA R D F. Effect of Moisture on Pure Mode I and II Fracture Behaviour of Composite Bonded Joints ［J］. International Journal of Adhesion and Adhesives， 2016， 68：30⁃38.
108	ALESSI S， PITARRESI G， SPADARO G. Effect of Hydrothermal Ageing on The Thermal and Delamination Fracture Behaviour of CFRP Composites ［J］. Composites Part B： Engineering， 2014， 67：145⁃153.
109	KATSIROPOULOS C V， CHAMOS A N， TSERPES K I， et al. Fracture Toughness and Shear Behavior of Composite Bonded Joints Based on A Novel Aerospace Adhesive ［J］. Composites Part B： Engineering， 2012， 43（2）： 240⁃248.
110	S⁃JBAEK， KIM M⁃S， AN W⁃J， et al. Defect Detection of Composite Adhesive Joints Using Electrical Resistance Method ［J］. Composite Structures， 2019， 220：179⁃184.
111	邱平. 碳纤维增强复合材料含缺陷胶接接头的强度与失效分析［D］.杭州：浙江大学，2018.
112	杨银环，周振功，郭颖，等. 缺陷对单搭胶接接头力学性能的影响［J］.复合材料学报，2012，29（5）：157⁃163.
	YANG Y H，ZHOU Z G，GUO Y， et al.Effect of Defects in The Adhesive Layer On Strength of Adhesively Bonded Single⁃Lap Composites Joints［J］.Acta Materiae Compositae Sincia，2012， 29（5）：157⁃163.
113	吴海，肖加余，邢素丽，等. 含诱导缺陷复合材料T型接头的弯曲失效实验［J］.国防科技大学学报，2015， 37（4）：128⁃136.
	WU H，XIAO J Y，XING S L，et al.The Failure Experiment of Composite T⁃Joints with Induced Defects under Bending Load［J］.Journal of National University of Defense Technology， 2015， 37（4）：128⁃136.
114	GUO X， GUAN Z⁃D， NIE H⁃C， et al. Damage Tolerance Analysis of Adhesively Bonded Composite Single Lap Joints Containing a Debond Flaw ［J］. The Journal of Adhesion， 2016， 93（3）： 216⁃234.

参考文献	搭接结构	示意图	实物图
［4?9］	单搭接
［10?11］	平?折?平型
［12］	波浪型
［13?14］	对接型
［15?16］	嵌接型
［17?18］	阶梯型
［19?21］	L型和T型
［22?24］	管状型
［22?24］	管状型
［4，25?27］	双搭接

参考文献	搭接结构	示意图	实物图
［4?9］	单搭接
［10?11］	平?折?平型
［12］	波浪型
［13?14］	对接型
［15?16］	嵌接型
［17?18］	阶梯型
［19?21］	L型和T型
［22?24］	管状型
［22?24］	管状型
［4，25?27］	双搭接

黏合剂	性能参数
黏合剂	弹性模量/MPa	泊松比	拉伸强度/MPa	剪切强度/MPa
Araldites 2015 ^［40］	1 850	0.33	21.63	17.90
DP460 ^［41］	2 077	0.38	38.40	-
Aradites AV 138 ^［42］	4 890	0.35	39.45	30.20
AF163?2K ^［43］	1 103	0.34	48.26	39.90
Sika Force 7725 ^［42］	490	0.30	11.48	10.17
Loctite EA?9466 ^［13］	1 911	0.35	44.38	-

黏合剂	性能参数
黏合剂	弹性模量/MPa	泊松比	拉伸强度/MPa	剪切强度/MPa
Araldites 2015 ^［40］	1 850	0.33	21.63	17.90
DP460 ^［41］	2 077	0.38	38.40	-
Aradites AV 138 ^［42］	4 890	0.35	39.45	30.20
AF163?2K ^［43］	1 103	0.34	48.26	39.90
Sika Force 7725 ^［42］	490	0.30	11.48	10.17
Loctite EA?9466 ^［13］	1 911	0.35	44.38	-

参考文献	被粘物	黏合剂	增强相	纤维长度	纤维直径	纤维取向	力学参数		提升百分比/ %
［52］	钢/钢	Selleys Araldite	碳纳米管	50 μm	8~15 nm	随机	剪切强度/MPa	29.7	0.3
［52］	钢/钢	Selleys Araldite	Kevlar纤维	14 mm	10~12 μm	随机	剪切强度/MPa	31.4	9.4
［51］	Al/Al	UHU plus endfest 300	AISI 304钢纤维	—	0.6 nm	纵向	抗弯承载能力/N	580.0	5.5
								650.0	18.2
								660.0	20.0
［41］	Al/Al	DP270	碳纳米管	10~30 mm	10~20 nm	随机	失效载荷/N	2 316.0	11.1
		DP125						6 672.0	2.2
		DP460						15 867.0	7.5
［49］	CFRP/CFRP	环氧树脂105	碳纳米纤维	30~200 μm	70~300 nm	随机	I型断裂能/J	377.0	181.3
								837.0	524.6
								1 290.0	862.7
［55］	CFRP/CFRP	AS4?12K	碳纳米纤维	30 μm	12~20 nm	随机	I型断裂能/J	99.1	14.8
［55］	CFRP/CFRP	AS4?12K	碳纳米管	1 mm	10 nm	随机	I型断裂能/J	116.8	35.3

复合材料胶接接头力学性能的研究进展

Research Progress on Mechanical Properties of Adhesive Joints in Composite Materials

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 10

参考文献 114

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

参考文献	被粘物	黏合剂	搭接长度/mm	胶层厚度/mm	力学参数
［58］	GFRP/GFRP	两组分环氧树脂	12.7	1	失效载荷/kN	3.7
				2		2.4
				4		1.5
				5		2.1
			25.4	2		3.7
			38.1	2		5.1
			50.8	2		4.8
			63.5	2		5.9
［36］	CFRP/CFRP	MTA?240	10	0.13	失效载荷/kN	3.1
				0.26		3.7
				0.39		4.0
				0.52		4.8
			30	0.13		8.8
				0.26		10.0
				0.39		10.8
				0.52		11.0
			60	0.13		16.9
				0.26		19.0
				0.39		19.6
				0.52		20.1
			80	0.13		21.9
				0.26		25.2
				0.39		27.5
				0.52		28.1
［25］	CFRP/CFRP	J116B	2	0.15	失效载荷/kN	1.8
			5			3.5
			10			6.3
			20			9.4
［6］	Al/CFRP	DP460	12.7	1	失效载荷/kN	3.7
				2		2.4
				4		1.5
				5		2.1
［4］	CFRP/CFRP	Aradites AV 138	20	0.05	失效载荷/kN	4.8
			40			5.2
			60			7.3
		Sika Force 7888	20			8.1
			40			16.8
			60			25.0
［57］	6061?T6铝合金	FM73M	10	0.15	剪切强度/MPa	27.5
			20			24.8
			30			19.4
［62］	Al/Al	Henkel Loctites330	25	0.4	剪切强度/MPa	6.4
				0.5		6.0
				0.6		5.5
				0.7		3.3
				0.8		2.7

参考文献	搭接类型	被粘物	黏合剂	加载类型	温度/℃	接头或黏合剂的力学性能
［88］	SLJ	6082?T651铝合金/6082?T651铝合金	Sikaflex 552	II型	-40	黏合剂剪切强度/MPa	6.98
					20		3.23
					80		2.54
			AS1805RTV		20		1.25
					100		0.66
					200		0.42
					300		0.16
［87］	BJ	钢/钢	XN1244	I型	25	黏合剂拉伸强度/MPa	71.20
					100		45.70
					125		24.05
					150		7.90
［89］	SLJ	GFRP/钢	Thermo?Poxy^?	I型	25	接头剪切强度/MPa	17.48
					50		6.14
					100		2.26
					150		1.72
［14］	BJ	CFRP/Al	Araldites 2015	I型	-40	接头失效强度/MPa	21.2
					-10		19.8
					25		17.8
					80		11.3
［33］	BJ	BFRP/Al	Araldites 2015	II型	-40	接头失效强度/MPa	28.1
					-10		21.7
					25		18.2
					80		12.5
	SJ				-40		24.1
					-10		22.5
					25		19.5
					80		9.8
	TASJ				-40		35.6
					-10		33.8
					25		29.8
					80		9.9
［85］	SLJ	Q23钢/AA6016铝合金	Araldites 2015	I型	-30	接头失效载荷/kN	5.7
					20		5.9
					80		6.5
			Araldites AV 138		-30		5.0
					20		5.6
					80		5.5
［90］	SLJ	钢/钢	ESP110	I型	-40	接头失效载荷/kN	3.5
					20		3.8
					90		2.5
［13］	BJ	Al/Al	环氧黏合剂	I型	20	接头失效载荷/N	107
					-20		215
					-60		275
					-80		253
				II型	20		128
					-20		164
					-60		143
					-80		171
				I/II混合型	20		117
					-20		225
					-60		199
					-80		269

缺陷尺寸/mm	缺陷位置	失效强度/MPa
0	L/2	159
	0	159
	L/4	159
6	L/2	149
	0	142
	L/4	135
12	L/2	141
	0	133
	L/4	126
18	L/2	135
	0	114
	L/4	110
25	L/2	109
	0	97
	L/4	97

缺陷尺寸/mm	缺陷位置	失效强度/MPa
0	L/2	159
	0	159
	L/4	159
6	L/2	149
	0	142
	L/4	135
12	L/2	141
	0	133
	L/4	126
18	L/2	135
	0	114
	L/4	110
25	L/2	109
	0	97
	L/4	97

[1]	于昌永, 辛忠. 基于六氢邻苯二甲酸盐的α/β复合成核剂对聚丙烯性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 121-128.
[2]	冯冰涛, 王晓珂, 张信, 孙国华, 汪殿龙, 侯连龙, 马劲松. 连续碳纤维增强热塑性复合材料制备与应用研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 165-173.
[3]	谭立钦, 刘伟区, 梁利岩, 王硕, 冯志强, 林家明. 含巯基聚硅氧烷改性环氧树脂的制备及性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 21-29.
[4]	宋银宝, 杨建军, 李传敏. PDMS/SiC功能梯度复合材料性能与制造精度研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 30-36.
[5]	徐杰, 钟进福, 童晓茜, 李广富, 付栋梁, 李城城. 端羧基修饰单宁酸/没食子酸环氧树脂复合材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 44-50.
[6]	李凯泽, 辛勇. 改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 1-5.
[7]	杨小龙, 陈文静, 李永青, 闫晓堃, 王修磊, 谢鹏程, 马秀清. 导电型聚合物/石墨烯复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 165-173.
[8]	王帅, 张玉迪, 杨富凯, 徐新宇. 聚酰亚胺/多壁碳纳米管泡沫材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 39-45.
[9]	王金业, 唐博虎, 杨立宁, 谢猛, 郭泽朝, 杨光. PA12试件多射流熔融成型工艺研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 81-86.
[10]	孙文博, 信春玲, 何亚东, 翟玉娇, 闫宝瑞. 玻璃纤维增强PBT微发泡工艺对其制品泡孔结构的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 1-7.
[11]	王轲, 龙春光. PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 19-23.
[12]	陈胜, 梁颖超, 吴方娟, 方辉, 范新凤, 陈晖, 王永刚. 聚酰胺6/双向经编玻璃纤维复合材料的制备及其界面改性研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 24-28.
[13]	何和智, 徐力, 杨以科. 预应力对PC/CF层合板力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 1-5.
[14]	万翼, 李莉, 菊春燕, 郝雪纯, 李润. 乌鲁木齐市塑料垃圾年产量预测及影响因素分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 121-127.
[15]	刘文, 师文钊, 刘瑾姝, 陆少锋, 周红娟. 电致形状记忆复合材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 175-189.

参考文献	被粘物	黏合剂	搭接长度/mm	胶层厚度/mm	表面处理		力学参数		提升百分比/%
参考文献	被粘物	黏合剂	搭接长度/mm	胶层厚度/mm	方法	打磨方向	力学参数		提升百分比/%
［74］	CFRP/CFRP	Scotch?Weld AF163?2K	25.0	0.30	手工打磨	随机	剪切强度/ MPa	20.50	4.88
					喷砂	-		22.20	13.85
					剥离层	-		22.50	15.38
［43］	CFRP/CFRP	AF1632K	25.4	0.76	砂纸打磨	随机	剪切强度 MPa	9.11	3.58
					喷砂	-		8.38	4.45
					剥离层	-		10.13	11.10
		EA 934NA			砂纸打磨	随机		6.57	2.05
					喷砂	-		7.45	5.53
					剥离层	-		4.65	8.30
		EA 9309NA			砂纸打磨	随机		9.21	13.43
					喷砂	-		9.28	6.53
					剥离层	-		5.51	5.97
［9］	GFRP/Steel	环氧树脂	25.0	0.20	喷砂	-	失效载荷 /kN	6.73	9.00
					针刺	-		4.44	5.21
					钢丝刷	随机		4.09	11.39
［40］	CFRP/CFRP	Araldite 2015	30.0	—	手工打磨	平行于纤维	剪切强度/MPa	16.11	0.68
						垂直于纤维		16.00	0
						随机		17.58	9.87
［72］	CFRP/CFRP	NPEL?128	12.5	0.25	激光	—	剪切强度/MPa	18.58	40.80
［63］	CFRP/CFRP	HMF 934	10.0	1.50	激光	—	剪切强度/MPa	21.20	48.00

参考文献	被粘物	黏合剂	搭接长度/mm	胶层厚度/mm	表面处理		力学参数		提升百分比/%
参考文献	被粘物	黏合剂	搭接长度/mm	胶层厚度/mm	方法	打磨方向	力学参数		提升百分比/%
［74］	CFRP/CFRP	Scotch?Weld AF163?2K	25.0	0.30	手工打磨	随机	剪切强度/ MPa	20.50	4.88
					喷砂	-		22.20	13.85
					剥离层	-		22.50	15.38
［43］	CFRP/CFRP	AF1632K	25.4	0.76	砂纸打磨	随机	剪切强度 MPa	9.11	3.58
					喷砂	-		8.38	4.45
					剥离层	-		10.13	11.10
		EA 934NA			砂纸打磨	随机		6.57	2.05
					喷砂	-		7.45	5.53
					剥离层	-		4.65	8.30
		EA 9309NA			砂纸打磨	随机		9.21	13.43
					喷砂	-		9.28	6.53
					剥离层	-		5.51	5.97
［9］	GFRP/Steel	环氧树脂	25.0	0.20	喷砂	-	失效载荷 /kN	6.73	9.00
					针刺	-		4.44	5.21
					钢丝刷	随机		4.09	11.39
［40］	CFRP/CFRP	Araldite 2015	30.0	—	手工打磨	平行于纤维	剪切强度/MPa	16.11	0.68
						垂直于纤维		16.00	0
						随机		17.58	9.87
［72］	CFRP/CFRP	NPEL?128	12.5	0.25	激光	—	剪切强度/MPa	18.58	40.80
［63］	CFRP/CFRP	HMF 934	10.0	1.50	激光	—	剪切强度/MPa	21.20	48.00

缺陷尺寸/mm	缺陷位置	失效强度/MPa
0	L/2	159
	0	159
	L/4	159
6	L/2	149
	0	142
	L/4	135
12	L/2	141
	0	133
	L/4	126
18	L/2	135
	0	114
	L/4	110
25	L/2	109
	0	97
	L/4	97

缺陷尺寸/mm	缺陷位置	失效强度/MPa
0	L/2	159
	0	159
	L/4	159
6	L/2	149
	0	142
	L/4	135
12	L/2	141
	0	133
	L/4	126
18	L/2	135
	0	114
	L/4	110
25	L/2	109
	0	97
	L/4	97

缺陷尺寸/mm	缺陷位置	失效强度/MPa
0	L/2	159
	0	159
	L/4	159
6	L/2	149
	0	142
	L/4	135
12	L/2	141
	0	133
	L/4	126
18	L/2	135
	0	114
	L/4	110
25	L/2	109
	0	97
	L/4	97

缺陷尺寸/mm	缺陷位置	失效强度/MPa
0	L/2	159
	0	159
	L/4	159
6	L/2	149
	0	142
	L/4	135
12	L/2	141
	0	133
	L/4	126
18	L/2	135
	0	114
	L/4	110
25	L/2	109
	0	97
	L/4	97