综述：工程材料连接方法的可持续性评估综合评述

这篇综述系统评估了机械连接（mechanical joint）、粘接（adhesive joint）和熔接（fusion joint）三大类工程材料连接技术的可持续性表现，涵盖塑料、金属、陶瓷和复合材料。通过生命周期分析（LCA）框架，重点对比了能源消耗、排放控制、材料效率（material efficiency）和可回收性（recyclability）等核心指标，为绿色制造（green manufacturing）提供决策依据。

　　

工程材料连接技术的可持续性挑战

随着全球对绿色制造的重视，工程材料的连接方法正面临从单纯性能导向到综合可持续性评估的范式转变。机械连接、粘接和熔接三大技术各具优势，但其在能源消耗、废弃物产生和材料回收方面的表现差异显著，亟需系统性评估框架。

可持续性评估方法论

当前评估主要基于环境（environmental）、经济（economic）和技术（technological）三大支柱，贯穿预处理（pre-use）、使用（use）和后处理（post-use）全生命周期。关键指标包括：

• 能源消耗：熔接工艺（如激光焊接）能耗高达机械紧固的2.5倍
• 排放控制：传统焊接产生锰氧化物（MnO_x
  ）和六价铬（Cr⁶⁺
  ）等有害物质
• 材料效率：粘接技术可实现97%基材利用率，但热熔胶（hot melt）含30%不可降解组分

机械连接的双刃剑特性

螺栓和铆钉（rivet）虽便于拆卸回收，但钻孔导致5-15%材料损耗。自冲铆接（SPR）采用高氮不锈钢后，通过冷成型工艺省去热处理环节，使CO₂
排放降低40%。有限元分析显示，螺栓预紧力（preload）的松弛效应会使连接强度衰减20-35%，需配合防护涂层使用。

粘接技术的突破与局限

最新生物基聚氨酯（bio-PU）粘合剂以蓖麻油为原料，拉伸强度达18MPa，媲美传统环氧树脂（epoxy）。但UV固化胶需特定波长光照，且粘结复合材料（composites）时存在分层风险（delamination）。等离子体处理（plasma treatment）可使聚酰胺66（PA66）接头疲劳寿命提升至7.3×10⁶
次循环，比化学底漆处理高4个数量级。

熔接工艺的绿色革新

搅拌摩擦焊（FSW）在铝合金连接中展现独特优势：

• 能耗降低60%且无保护气体需求
• 采用锌夹层（Zn interlayer）使Al-Mg接头拉伸载荷提升至6.6kN
• 热循环后仍保持335HV硬度

激光焊接（LBW）在航空铝锂合金应用中获得28%减重效果，虽然制造阶段碳排放增加124%，但全生命周期可节省燃油消耗17%。

技术对比与未来方向

三类技术在关键指标上呈现梯度差异：

指标	机械连接	粘接	熔接
拆卸时间	5min	不可逆	不可逆
VOC排放	0.02g/m3	1.8g/m3	0.5g/m3
回收纯度	98%	65%	72%

未来应重点发展可逆粘接（reversible adhesive）和低温熔接技术，同时建立包含社会因素（如工人健康）的四维评估体系。生物可降解粘合剂和数字化工艺控制（如ARIMA模型预测焊接温度）将成为突破重点。

结论

可持续连接技术的选择需权衡短期成本与长期生态效益。当前证据表明：对于可拆卸结构，机械连接仍是优选；高性能永久连接中，改进型FSW和LBW更具潜力；而生物基粘合剂在非承重部件应用前景广阔。该领域发展将深刻影响新能源汽车、航空航天等战略产业的绿色转型进程。