CN107538770A - 一种先进复合材料修理用材料及修理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种先进复合材料修理用材料及修理方法，包括一种修复材料，所述修复材料包括预浸料和胶膜，通过步骤损伤确定、判断修复与否、有限元分析确定修理方案、损伤去除、铺贴胶膜与预浸料、固化修理来修复先进复合材料。本发明可以避免在高温高压环境中对高温固化复合材料损伤进行修理，特别是在外场环境下可以减少因升温程序不稳带来的修理质量问题。

Description

一种先进复合材料修理用材料及修理方法

技术领域

本发明涉及复合材料修复领域，具体的说是一种先进复合材料修理用材料及修理方法。

背景技术

复合材料，尤其是先进复合材料具有高比强度、高比模量、可设计性强、整体成型性好、抗疲劳、耐腐蚀等优点，已经成为航空航天结构材料之一。然而阻碍复合材料进一步扩大应用的主要问题是复合材料的修理问题，包括修理工艺、修理方案设计以及修理选材等。目前复合材料胶接修理，通常采用同质材料进行修复，也就是与被修复的材料体系相同的材料进行修理，然而此种方法对于高温固化的复合材料，如双马来酰亚胺基复合材料，较为困难，因为难以保证修理固化时所需的高温高压条件，因此开发中低温(＜130℃)低压(＜1bar)固化的修复材料体系成为复合材料部件修理需要解决的问题。国内外已开展中温固化树脂体系及胶膜的相关研究，研制了部分产品，但是主要应用于复合材料产品的制备过程中，很少应用于复合材料的修复工艺中，相关的工艺控制可借鉴经验少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种先进复合材料修理用材料及修理方法，可应用于低温(＜130℃)低压(＜1bar)固化条件下的先进复合材料修复。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种先进复合材料修理用材料，包括一种修复材料，所述修复材料包括预浸料和胶膜。

所述先进复合材料为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、芳纶纤维复合材料、硼纤维复合材料中的一种或者是多种纤维混杂复合材料。

所述先进复合材料的结构形式可以是层压板、加筋层压板、蜂窝夹芯结构中的一种或多种混合结构。

所述修复材料中预浸料的树脂属于韧性环氧树脂。

所述韧性环氧树脂指的是双氰胺/双酚A类环氧树脂，最高固化温度平台不高于130℃。

所述修复材料胶膜的树脂属于改性环氧树脂。

所述改性环氧树脂为橡胶改性环氧树脂，最高固化温度平台不高于130℃。

所述修复材料中的预浸料和胶膜的最高固化温度相差不超过15℃，且二者在同一种固化程序下进行固化后，形成的材料内部无损检测无分层、缺胶、脱粘等缺陷。

一种先进复合材料修理用材料的修理方法，包括步骤：

S1)采用超声波、X射线等无损检测手段确定复合材料损伤类型和损伤参数；

S2)对照修理手册，确认修理的可行性，若不可修则不修，若在修理范围内，则进行修理；

S3)根据被修复合材料情况，选取合适的中低温固化胶膜以及预浸料体系，针对高于180℃固化的双马来酰亚胺树脂基复合材料，通常选用中温固化的韧性的环氧树脂基预浸料以及改性的环氧树脂胶膜作为修复体系，固化温度不高于130℃，其中预浸料和胶膜的固化最高平台温度相差在15℃以内，采用有限元分析软件进行修理方案设计，确定修理用预浸料的铺层方式；

S4)采用打磨工具如手提式气动靠模铣打磨出阶梯状或斜接式，直至将损伤区域去除，采用砂纸打磨光滑后将准备好的胶膜和预浸料铺层，按规定的顺序、方向和层数铺叠在修理区，最上一层再铺贴一层预浸料或者胶膜，铺贴区域直径比最大补片直径大24mm；

S5)在修补区域打真空袋，并抽真空，采用温度程序可控的烘箱或热补仪对损伤复合材料进行修理；

S6)对修理后的原复合材料损伤区域进行无损检测，保证无脱粘等缺陷产生。

本发明的有益效果是：本发明包括中低温固化胶膜和预浸料，采用上述修复材料体系后，可以避免在高温高压环境中对高温固化复合材料损伤进行修理，特别是在外场环境下可以减少因升温程序不稳带来的修理质量问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

一种先进复合材料修理用材料，包括一种修复材料，所述修复材料包括预浸料和胶膜。

所述先进复合材料为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、芳纶纤维复合材料、硼纤维复合材料中的一种或者是多种纤维混杂复合材料。

所述先进复合材料的结构形式可以是层压板、加筋层压板、蜂窝夹芯结构中的一种或多种混合结构。

所述修复材料中预浸料的树脂属于韧性环氧树脂。

所述韧性环氧树脂指的是双氰胺/双酚A类环氧树脂，最高固化温度平台不高于130℃。

所述修复材料胶膜的树脂属于改性环氧树脂。

所述改性环氧树脂为橡胶改性环氧树脂，最高固化温度平台不高于130℃。

所述修复材料体系中的预浸料和胶膜的最高固化温度相差不超过15℃，且二者在同一种固化程序下进行固化后，形成的材料内部无损检测无分层、缺胶、脱粘等缺陷。

如图1所示的方法步骤图：

一种先进复合材料修理用材料的修理方法，具体技术方案如下：

包括损伤确定、判断修复与否、有限元分析确定修理方案、损伤去除、铺贴胶膜与预浸料和固化修理。

首先采用无损检测方法对复合材料损伤进行探测，确定损伤的具体类型和形状参数，若损伤超过修理手册规定的范围则不修理，若损伤在修理手册规定的范围内，则将损伤参数带入有限元分析模型中，选取合适的中低温固化修理材料体系，通过迭代计算，得出最优的修理铺层方案；将损伤部位采用打磨等方式去除，采用阶梯式或斜接式打磨，将胶膜放置于打磨的最底层，将预浸料按照有限元设计好的铺层方式铺放，表面放置一层胶膜或预浸料；最后采用烘箱或者热补仪进行固化，得到修复后的复合材料。

具体包括步骤：

S1)采用超声波、X射线等无损检测手段确定复合材料损伤类型和损伤参数；

S2)对照修理手册，确认修理的可行性，若不可修则不修，若在修理范围内，则进行修理；

S3)根据被修复合材料情况，选取合适的中低温固化胶膜以及预浸料体系，针对高温(＞180℃)固化的双马来酰亚胺树脂基复合材料，通常选用中温固化(＜130℃)的韧性的环氧树脂基预浸料以及改性的环氧树脂胶膜作为修复体系，其中预浸料和胶膜的固化最高平台温度相差在15℃以内，采用有限元分析软件进行修理方案设计，确定修理用预浸料的铺层方式；

S4)采用打磨工具如手提式气动靠模铣打磨出阶梯状或斜接式，直至将损伤区域去除，采用砂纸打磨光滑，后将准备好的胶膜和预浸料铺层，按规定的顺序、方向和层数铺叠在修理区，最上一层再铺贴一层预浸料或者胶膜，铺贴区域直径比最大补片直径大24mm；

S5)在修补区域打真空袋，并抽真空，采用温度程序可控的烘箱或热补仪对损伤复合材料进行修理；

S6)对修理后的原复合材料损伤区域进行无损检测，保证无脱粘等缺陷产生。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种先进复合材料修理用材料，其特征在于：包括一种修复材料，所述修复材料包括预浸料和胶膜。

2.根据权利要求1所述的一种先进复合材料修理用材料，其特征在于：所述先进复合材料为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、芳纶纤维复合材料、硼纤维复合材料中的一种或者是多种纤维混杂复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种先进复合材料修理用材料，其特征在于：所述先进复合材料的结构形式可以是层压板、加筋层压板、蜂窝夹芯结构中的一种或多种混合结构。

4.根据权利要求1所述的一种先进复合材料修理用材料，其特征在于：所述修复材料中预浸料的树脂属于韧性环氧树脂。

5.根据权利要求4所述的一种先进复合材料修理用材料，其特征在于：所述韧性环氧树脂指的是双氰胺/双酚A类环氧树脂，最高固化温度平台不高于130℃。

6.根据权利要求4所述的一种先进复合材料修理用材料，其特征在于：所述修复材料胶膜的树脂属于改性环氧树脂。

7.根据权利要求6所述的一种先进复合材料修理用材料，其特征在于：所述改性环氧树脂为橡胶改性环氧树脂，最高固化温度平台不高于130℃。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的一种先进复合材料修理用材料，其特征在于：所述修复材料中的预浸料和胶膜的最高固化温度相差不超过15℃，并且二者在同一种固化程序下进行固化后，形成的材料内部无损检测无分层、缺胶、脱粘等缺陷。

9.一种先进复合材料修理用材料的修理方法，其特征在于：包括步骤：

S1)采用超声波、X射线等无损检测手段确定复合材料损伤类型和损伤参数；

S2)对照修理手册，确认修理的可行性，若不可修则不修，若在修理范围内，则进行修理；

S3)根据被修复合材料情况，选取合适的中低温固化胶膜以及预浸料体系，针对高于180℃固化的双马来酰亚胺树脂基复合材料，通常选用中温固化的韧性的环氧树脂基预浸料以及改性的环氧树脂胶膜作为修复体系，固化温度不高于130℃，其中预浸料和胶膜的固化最高平台温度相差在15℃以内，采用有限元分析软件进行修理方案设计，确定修理用预浸料的铺层方式；

S4)采用打磨工具如手提式气动靠模铣打磨出阶梯状或斜接式，直至将损伤区域去除，采用砂纸打磨光滑后将准备好的胶膜和预浸料铺层，按规定的顺序、方向和层数铺叠在修理区，最上一层再铺贴一层预浸料或者胶膜，铺贴区域直径比最大补片直径大24mm；

S5)在修补区域打真空袋，并抽真空，采用温度程序可控的烘箱或热补仪对损伤复合材料进行修理；

S6)对修理后的原复合材料损伤区域进行无损检测，保证无脱粘等缺陷产生。