结构胶接接头湿热环境耐久性研究概述

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摘要：相比于传统机械连接，如铆接、焊接和螺栓连接，结构胶接技术有着诸多优势，近年来在很多工业领域得到了广泛应用。由于胶黏剂本身具有高分子聚合物材料的特性，使得胶接接头的环境耐久性成为关乎工程结构连接可行性和长期服役可靠性的关键问题。在概述结构胶接接头湿热环境耐久性研究工作的基础上，分别从影响胶接结构性能的环境湿度、温度及其耦合作用等角度展开讨论，介绍了国内外研究人员取得的研究进展和成果。指出了今后的研究方向：结合多种观测尺度下的环境老化试验和数值仿真方法，探究胶层吸湿、蠕变、热膨胀和吸湿膨胀等环境老化行为，利用模型预测方法模拟其在多场耦合工况下的多种力学性能退化行为，从而为胶接结构的工程设计和应用提供更加可靠的理论建模和试验数据支持。

关键词：胶黏剂；胶接接头；环境耐久性；内聚力模型；湿热老化

中图分类号：TQ436.2；TG491文献标志码：A

Abstract： In recent years， structural adhesive bonding technology has been widely used in many industrial fields， with many advantages over traditional mechanical connection methods， such as riveting， welding and bolt connection. Due to the adhesive characteristics of polymer materials， the environmental durability of adhesive joint becomes the key problems in engineering structure connection feasibility and longterm service reliability. On the basis of the review of the research of the hothumid environmental durability of structural adhesive joints， the effects of temperature， moisture and coupled condition on the structural mechanical behaviour are discussed， introducing the published research progress and results both at home and abroad. The prospects are provided： the future research work can be combined with a variety of observation scales of environmental aging test and numerical simulation method， delve into sub hygroscopic， creep， thermal expansion and hygroscopic expansion aging behavior， such as the environment of model prediction method simulation in more than a variety of mechanical performance degradation behavior of coupling conditions， and provide more reliable theoretical modeling and experimental data for engineering design and application of cementing structure.

Keywords：adhesive； adhesive joint； environmental durability； cohesive zone model； hygrothermal aging

近年來，新型轻量化材料 （如轻质合金、纤维增强复合材料和工程塑料等） 应用于诸多工业领域，如航空航天、土木工程和载运工具等，使得异种材料之间满足设计和服役性能要求的连接方法受到了广泛关注。传统连接方法，如螺栓连接[1]、焊接[2]和铆接等有其各自优势，同时也受制于其技术瓶颈。为了满足异种材料连接工艺和服役性能的要求，结构胶接成为一种应用广泛的连接技术。由于胶黏剂本身高分子聚合物材料的特性，使得胶接接头的环境耐久性成为关乎工程结构连接可行性和长期服役可靠性的关键问题，

涉及化学、力学、物理等多个学科[3]。在胶接结构服役过程中，由于胶接接头长期暴露在复杂的环境因素下，因而会直接影响其主要力学行为[4]。这些环境因素主要分为5类，分别是温度、湿度、辐射、化学和生物侵蚀。单个环境因素连续且无规律的作用，会引起胶接接头力学性能的退化。暴露在实际服役环境中的胶接接头容易受到这些因素的组合作用，因此接头的环境退化行为是一个各种因素耦合作用的复杂退化过程。胶接接头环境耐久性的诸多影响因素如图1所示。

1河北科技大学学报12017年第3期1韩啸，等：结构胶接接头湿热环境耐久性研究概述胶接接头环境退化是一个长期过程，在相对较短的时间内确定环境因素对接头力学性能的影响需要在实验室环境下采用加速老化或者人工老化的方法。胶接结构的环境耐久性研究分为2个主要方向：极端环境下试验室加速老化试验和力学性能的建模预测[5]。本文分别从湿度、温度和湿热耦合环境对接头性能影响的角度出发，对接头环境耐久性的相关国内外研究进展进行综述，包含试验测定方法、理论和数值仿真预测等主要研究手段，以期对结构胶接技术的深入研究提供参考。