随着深空探索和空间站建设任务的复杂性不断增加，对超大型空间结构（如大规模通信天线、空间太阳能电站支撑桁架和超大型口径射电望远镜）的部署需求显著增加[[1], [2], [3], [4], [5], [6]]。受运载火箭有效载荷包封和发射成本的限制，传统的地面制造、折叠发射和在轨部署方法在结构可扩展性和性能提升方面已接近其物理极限[[7], [8], [9]]。在轨制造技术通过将原材料送入轨道，并利用空间机器人臂或自动化成型系统在微重力环境下直接制造超大型结构，从而克服了发射包封的限制[10,11]。其中，碳纤维增强热塑性复合桁架结构因其高比强度、高比模量和优异的热稳定性而成为在轨连续制造的研究重点[[12,13]]。
作为代表性的高性能热塑性体系，CCF/PEEK复合材料具有出色的抗冲击性、极低的吸湿性和可回收性，使其在航空航天应用中具有显著优势[[14], [15], [16], [17]]。与用于热固性复合材料的传统粘合或机械固定方法相比，热塑性焊接通过基体熔化、聚合物链在界面处的相互扩散和缠结实现了高性能接头，显著提高了载荷传递效率并减少了结构质量[[18], [19], [20], [21]]。滚压热压焊接作为一种连续成型技术，提供了局部加热、均匀的压力分布和高生产吞吐量，特别适合在空间桁架中自动、连续地制造纵向梁和横向腹板之间的节点。
国内外学者在材料连接和界面科学领域进行了大量探索性研究，取得了重要进展[[22], [23], [24], [25], [26], [27]]。2017年，Lionetto等人[28]开发了一个瞬态三维有限元模型，研究了CF/PEEK层压板在连续感应焊接过程中的热传递现象以及焊接区域的熔化和结晶过程。计算温度与实验测量结果非常吻合。2021年，李等人[29]设计了六种不同冷却速率的接头，并在电阻焊接过程中进行了测试。与未控制冷却的接头相比，冷却速率较低的接头搭接剪切强度提高了28%，差示扫描量热法显示冷却较慢的样品具有更高的结晶度。2024年，张等人[30]基于介观到宏观的多尺度建模技术开发了一种宏观三维瞬态热传递有限元方法，准确模拟了焊接过程中的三维温度场，确定了CF/PEEK电阻焊接的最佳焊接温度范围为343–450°C。2025年，Takeda等人[31]评估了预热对CF/PEEK复合层压板超声焊接性能的影响。适当提高预热温度可增加焊接面积，并使表观搭接剪切强度提高约20 MPa，相比室温条件提高了约44%。在环境可靠性评估方面，当前研究主要集中在单个环境因素或非空间环境因素对复合材料基体机械性能的影响。2025年，胡等人[32]报告称，在环境和湿热老化条件下，剪切强度随测试温度的升高而降低。高温和吸湿的联合效应对焊接接头的剪切强度产生了叠加的负面影响。在145°C的高温潮湿条件下，样品的强度最低，仅为21.61 MPa。断裂表面的扫描电子显微镜分析显示，接头的主要失效机制是内聚破坏。Shen等人[33]提出了一种改进的遗传算法优化人工神经网络模型，用于高效预测CF/PEEK复合电阻焊接接头在宽温度范围（20°C–200°C）内的剪切强度。他们的研究结果表明，当温度超过180°C时，焊接界面的失效模式主要是纤维/基体脱粘，而不是常见的线网/树脂界面分层。
尽管CCF/PEEK的焊接工艺在地面制造环境中已经成熟，但低地球轨道（LEO）的极端条件对焊接结构的长期服务可靠性提出了重大挑战。在轨制造的结构部件必须直接承受剧烈的热循环和强烈的高能紫外线辐射。现有研究主要集中在空间条件下基体材料的老化机制上，而通过滚压焊接形成的异质界面的损伤演变在物理应力场和化学降解场的协同作用下的研究还不够充分。本研究旨在填补这一研究空白，弥合热塑性复合材料连续焊接工艺优化与空间服务可靠性评估之间的差距。
为应对这些挑战，本研究聚焦于CCF/PEEK焊接接头，旨在通过工艺优化和服务机制分析，建立一个将材料连接与空间服务性能联系起来的综合框架。采用响应面方法（RSM）对滚压焊接参数进行多目标优化，从而确定一个平衡机械性能和成型效率的最佳工艺窗口。随后，进行模拟LEO环境实验，以阐明热循环引起的界面热应力损伤和紫外线辐射引发的光化学降解机制。
