CN110253909A - 盒型件、曲面复合材料双真空袋修理装置及工艺 - Google Patents

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杨阳
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Abstract

本发明涉及飞机复合材料修理领域，公开了一种盒型件，包括盒型罩体和外延边，所述盒型罩体的底部具有内凹的容纳腔，所述外延边与盒型罩体底部的四周连接以使盒型件的截面呈几字形，所述盒型罩体的上表面开有至少两个通孔，所述通孔均与容纳腔连通，至少一个通孔中安装有抽真空基座，至少一个通孔中安装有真空表，所述盒型罩体一侧的外延边具有半圆形的导线孔，所述导线孔与容纳腔连通。本发明还公开了一种采用此盒型件的曲面复合材料双真空袋修理装置，以及基于此曲面复合材料双真空袋修理装置的修理工艺。其有益效果在于：提高修理质量，简化修理工艺，节约修理用耗材和时间。

Description

盒型件、曲面复合材料双真空袋修理装置及工艺
技术领域
本发明涉及飞机复合材料修理领域，具体涉及盒型件、曲面复合材料双真空袋修理装置及工艺。
背景技术
先进树脂基复合材料在民用航空飞行器结构件中的应用越来越广泛，其用途已经从最初的非主承力构件发展到现代大型客机的主承力构件，例如波音787的大翼、机身蒙皮、长桁和隔框等结构件，其铺层数量在不同构件上从几层到几十层不等，并且这些构件大都是曲面构件。因此民用航空飞机器修理行业中针对复合材料修理的工艺和方法也在不断改进，对铺层数大于6 层的复合材料斜接修理，波音开发了一种双真空袋修理工艺，相比较传统的单真空袋修理工艺，该方法在不降低被修理区域的绝对真空度前提下，可以降低多层修理补片固化时的相对真空度，从而提高被修理区域的树脂胶的流动性，减少修理区的孔隙率，利用该技术预制修理补片，提高修理质量，在修理层少于6层的复合材料构件修理上直接采用该技术也明显有利于提高修理质量。对于大于6层的曲面复合材料构件修理，波音公司给出了一种制作预固化修理补片模具和支撑模具的方法，然后再采用双真空袋工艺(DVD-Double Vacuum Debulk)进行固化。
该工艺存在的主要技术问题是：(1)制作DVD湿铺层修理补片模具的厚度不好控制，并且4层修理补片模具与8层支撑模具同时固化时，封装的湿铺层构件层数过多，质量不易控制。(2)修理补片模具厚度不均且材料的导热差，容易导致热电偶反馈的温度出现偏差。(3)该工艺所用抽真空盒采用木质结构拼装，螺钉连接，封装时需要额外增加一层真空袋和透气布覆盖，工艺复杂，且容易导致盒型密封件腔内压力不稳定，使得上下密封空间的气压差不符合要求，造成修理质量下降。(4)该工艺所用盒型件寿命较短，施工复杂，受人为因素影响较大。
针对上述波音公司修理方案中的第3个问题，中国发明专利 CN105034415B披露了一种用于民用飞机平面复合材料构件修理的复合材料双真空袋修理装置和方法。该方法在波音的维修方案基础上，说明了双真空袋方法的封装细节，对盒型件进行了改进。
该方法存在以下技术缺陷：(1)未针对飞机上较常见的曲面复合材料构件修理提出有效的维修方案，缺乏曲面复合材料构件修理用支撑模具和修理补片模具的制造方法与使用工艺。(2)盒型件采用铝合金材料，改用榫卯结构连接方法组装，每次使用前仍需要细致的拼装工作，同时对缝隙处仍需要采用大量密封胶条进行密封，抽真空过程中胶条在外界大气压力下容易脱落。 (3)缺乏一套完整的修理技术方案。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种操作简单，密封性良好，节约耗材的盒型件。
本发明的第二目的在于提供一种易操作，密封性良好，有效避免人为误差的曲面复合材料双真空袋修理装置。
本发明的第三目的在于提供一种工序简单，易操作的曲面复合材料双真空袋修理工艺。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种盒型件，包括盒型罩体和外延边，所述盒型罩体的底部具有内凹的容纳腔，所述外延边与盒型罩体底部的四周连接以使盒型件的截面呈几字形，所述盒型罩体的上表面开有至少两个通孔，所述通孔均与容纳腔连通，至少一个通孔中安装有第一抽真空基座，至少一个通孔中安装有第一真空表，其余通孔均采用密封胶塞密封，所述盒型罩体一侧的外延边具有半圆形的导线孔，所述导线孔与容纳腔连通。
进一步地，所述盒型罩体和外延边一体成型，且所述盒型罩体和外延边均采用多层碳纤维复合材料制成。
进一步地，所述盒型件的上表面具有加强筋。
根据本发明的第二方面，提供了一种曲面复合材料双真空袋修理装置，包括盒型件、金属底板、透气毡、第一真空袋、第二抽真空基座、第二真空表、第一透气布、支撑模具、加热毯、补片模具、第一无孔分离膜、第一有孔分离膜、湿铺层修理补片、第二有孔分离膜、第二透气布、第二无孔分离膜和第三透气布；所述第一真空袋、透气毡和金属底板由上至下依次设置，所述第一透气布、支撑模具、加热毯、补片模具、第一无孔分离膜、第一有孔分离膜、湿铺层修理补片、第二有孔分离膜、第二透气布、第二无孔分离膜和第三透气布由下至上依次铺设以形成层叠单元，此层叠单元设置在第一真空袋中，第二抽真空基座和第二真空表均安装在第一真空袋上，且第二抽真空基座吸附在第三透气布上，所述加热毯的电源线从第一真空袋的开口端引出，所述第一真空袋的开口端密封以形成第一真空袋区；所述盒型件扣设在金属底板的上表面，所述第一真空袋内的层叠单元位于盒型件的容纳腔中，且所述第二抽真空基座和第二真空表均位于盒型件的外侧，所述加热毯的电源线从盒型件的导线孔中引出，所述盒型件的外延边与金属底板之间密封以形成第二真空袋区，所述盒型件的至少一个通孔中安装有第一抽真空基座，所述盒型件的至少一个通孔中安装有第一真空表，其余通孔由密封胶塞密封，所述盒型件为上述的盒型件。
进一步地，所述第二透气布的边缘超出所述支撑模具、加热毯、补片模具、第一无孔分离膜、第一有孔分离膜、湿铺层修理补片、第二有孔分离膜和第二无孔分离膜的边缘；所述第一透气布和第三透气布的边缘超出所述支撑模具、加热毯、补片模具、第一无孔分离膜、第一有孔分离膜、湿铺层修理补片、第二有孔分离膜、第二透气布和第二无孔分离膜的边缘。
进一步地，还包括热电偶，所述热电偶设置在补片模具与第一无孔分离膜之间，所述热电偶的传导线依次经第一真空袋的开口端和导线孔后引出。
根据本发明的第三方面，提供了一种曲面复合材料双真空袋修理工艺，包括如下步骤：
S101、清理曲面复合材料构件的损伤区域，打磨并切割损伤，确定损伤区域的具体尺寸，进而确定盒型件、加热毯、支撑模具和补片模具的尺寸；
S102、根据S101中确定的补片模具的尺寸，在铝板上切割出补片模具的基本形状，经修边后利用辊弯机辊弯或利用异形曲面成型机成型；
S103、根据S101中确定的支撑模具的尺寸，采用碳纤维预浸料制作支撑模具铺层，随后对支撑模具铺层进行封装固化从而制备支撑模具；
S104、第一真空袋区封装：将第一透气布、支撑模具、加热毯、补片模具、热电偶、第一无孔分离膜、第一有孔分离膜、湿铺层修理补片、第二有孔分离膜、第二透气布、第二无孔分离膜和第三透气布由下至上依次铺设以形成层叠单元，将此层叠单元放置在第一真空袋中，将第二抽真空基座和第二真空表安装在第一真空袋上，且第二抽真空基座吸附在第三透气布上，加热毯的电源线和热电偶的传导线从第一真空袋的开口端引出，并将第一真空袋的开口端密封以形成第一真空袋区；
S105、第二真空袋区封装：将金属底板、透气毡和S104中封装好的第一真空袋由下至上依次设置，将盒型件扣设于金属底板的上表面，并保证第一真空袋内的层叠单元位于盒型件的容纳腔中，第二抽真空基座和第二真空表均位于盒型件的外侧，加热毯的电源线和热电偶的传导线从导线孔中引出后，将导线孔密封，将盒型件的外延边与金属底板之间密封以形成第二真空袋区，盒型件的至少一个通孔中安装第一抽真空基座，盒型件的至少一个通孔中安装第二真空表，其余通孔采用密封胶塞密封；
S106、双真空袋固化实施：检测第一真空袋是否密封合格，确保密封后将第一真空袋的抽真空基座与第一真空泵连接，开始对第一真空袋区抽真空，当真空表读数达到26inHg后，将盒型件上的抽真空基座与第二真空泵连接，开始对第二真空袋区抽真空，第二真空袋区的真空度在25-26inHg之间；随后开启加热毯，加热毯的升温速率在2-4℉/Min，假设达到环氧胶的固化保温温度T后需持续保温t分钟完全固化，则在t/2时刻将第二真空袋区恢复至常压，到t时刻时，将第一真空袋区恢复至常压，预固化的修理补片自然降温；
S107、将预固化的修理补片用单真空袋方法粘接在被修理件上；
S108、后处理：对修理区进行打磨、刮平和表面恢复，最后进行质量检查。
进一步地，支撑模具铺层的封装固化方法为：将第三无孔分离膜、补片模具、加热毯、支撑模具铺层、第三有孔分离膜、第四透气布和第二真空袋由下至上铺设在被修理件上，保证第二真空袋与被修理件之间密封，第二真空袋安装有第三抽真空基座和第三真空表，且第三抽真空基座吸附在第四透气布上，将第三抽真空基座与第三真空泵连接，开始抽真空，当第三真空表数值显示在22-26inHg时，开启加热毯，当支撑模具铺层完全固化后恢复至常压，并关闭加热毯，支撑模具自然降温。
进一步地，所述支撑模具的铺层数在7-8层之间。
进一步地，第一真空袋区恢复至常压的过程中，其真空度绝对值在5分钟内下降量不大于2inHg。
进一步地，所述加热毯完全覆盖损伤区域，且加热毯的四周均超出损伤区域2-3英寸；所述盒型件的四周均超过加热毯2-3英寸，所述支撑模具和补片模具的尺寸与加热毯相同。
本发明的原理为：当复合材料构件的损伤区域位于曲面结构件某处，且损伤层数大于等于6层时，需要预先对修理补片进行双真空袋法固化，再将预固化的修理补片粘接到待修理区进行补强。该预固化后的修理补片要做到与被修理件曲度一致，铺层方向与被修理件的各层铺层方向要求一致，固化质量符合适航规定。为实现上述目的，本发明采用了如下方法：
先要根据被修理件的曲面外形制作补片模具和支撑模具。然后按照常规修理铺层的反顺序在补片模具上铺设预固化修理层，再使用双真空袋工艺对补片进行预固化。最后，将预固化的补片粘接到被修理区，后期处理后，该修理流程结束。本发明提出的一种曲面复合材料双真空袋修理工艺可以适用于各种大厚度曲面复合材料构件的修理，在保证修理质量的前提下，尽量简化铺层，改进抽真空装置，使得施工更加简便、节约耗材、减少工作量并且减少人为因素差错的影响。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
1、本发明中的盒型件结构简单，一体成型，自密封效果好，使用过程中无需手工组装，减少了人为因素差错影响，提高了生产效率，无需再额外铺设透气布和密封袋，对于频繁使用双真空袋修理工艺的维修企业来说可以大量节约耗材，减少对环境的污染。本盒型件的尺寸可根据维修企业常见的修理构件需要进行定制。一般制作3-5个不同尺寸的抽真空盒型件即可满足飞机复合材料结构的常见损伤修理。本发明中的盒型件还具有导线孔，加热毯的电源线可导线孔穿过，便于盒型件形成密封空间，而且防止电源线在盒型件重压下短路或断路。
2、本发明的曲面复合材料双真空袋修理装置，采用上述盒型件，操作方便，人为误差小，整体铺层简单，有效提高了工作效率和修理质量。
3、本发明提出了一套完整简洁的曲面复合材料双真空袋修理工艺，采用本方法可以提高修理质量，简化修理工艺，节约修理用耗材和时间的效果，而且较好的解决了六层或以上层数曲面复合材料构件的损伤修理质量缺陷问题。补片模具采用铝合金材料加工而成，有利于提高其导热性能。减少了共固化层数，有利于提高支撑模具的质量。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的盒型件的轴侧图；
图2示出了根据本发明的盒型件的主视图；
图3示出了根据本发明的盒型件的侧视图；
图4示出了根据本发明的双真空袋修理装置的结构示意图；
图5示出了根据本发明的支撑模具铺层固化封装的结构示意图；
图中，1为盒型件；2为盒型罩体；3为外延边；4为容纳腔；5为通孔；6为导线孔；7为加强筋；8为金属底板；9为透气毡；10为第一真空袋；11为第一透气布；12为支撑模具；13为加热毯；14为补片模具；15 为第一无孔分离膜；16为第一有孔分离膜；17为湿铺层修理补片；18为第二有孔分离膜；19为第二透气布；20为第二无孔分离膜；21为第三透气布；22为热电偶；23为支撑模具铺层；24为第三无孔分离膜；25为第三有孔分离膜；26为第四透气布；27为第二真空袋；28为第一抽真空基座；29为被修理件；30为密封胶条；31为第二抽真空基座；32为第三抽真空基座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
当复合材料构件的损伤区域位于曲面结构件某处，且损伤层数大于等于6 层时，需要预先对修理补片进行双真空袋法固化，再将预固化的修理补片粘接到待修理区进行补强。该预固化修理补片要做到与被修理件曲度一致，铺层方向与被修理件的各层铺层方向要求一致，固化质量符合适航规定。
如图1-图3所示，一种盒型件1，包括盒型罩体2和外延边3，所述盒型罩体2的底部具有内凹的容纳腔4，所述外延边3与盒型罩体2底部的四周连接以使盒型件1的截面呈几字形，所述盒型罩体2的上表面的四角均开有直径为12mm的通孔5，所述通孔5均与容纳腔4连通，一个通孔5中安装有抽真空基座28，一个通孔5中安装有真空表，另外两个通孔5用密封胶塞堵上备用，所述盒型罩体2一侧的外延边3具有半圆形的导线孔6，所述导线孔6 与容纳腔4连通。盒型件1所有顶角和棱边均具有圆角过渡，防止使用中划伤构件表面或真空袋。盒型件1内部空间的高度不小于2英寸。
外延边3的宽度为20mm左右，用于粘贴密封胶条30，以使盒型件1具有自我密封的效果，避免了复杂的拼接工作。导线孔6的直径约为7.5mm，主要用于引出加热毯13的电源线和热电偶22的传导线。
所述盒型罩体2和外延边3一体成型，且所述盒型罩体2和外延边3均采用多层碳纤维复合材料制成。采用此设计，成型简单，减轻了自身重量，而且密封效果好。
所述盒型件1的上表面具有加强筋7。此加强筋7可以提高盒型件1上表面的抗失稳能力。
本盒型件1主要用于形成修理补片固化时的第二真空袋区。本盒型件1 的设计强度应能支撑一个大气压压力30inHg。采用20层碳纤维预浸料制作，铺层形式可参考[0/45/90/-45/0/90/0/45/90/0]s，具体层数也可以根据盒型件1 不同尺寸进行修改。根据民航飞机可修理损伤的范围，常用的该盒型件1的一种尺寸为：长×宽×高＝406mm×406mm×50mm，其它尺寸可以按需加工。采用复合材料制作盒型件成型简单，且相比铝合金可以减轻该盒型件1的重量，密封效果好。
如图4所示，一种曲面复合材料双真空袋修理装置，包括盒型件1、金属底板8、透气毡9、第一真空袋10、第二抽真空基座31、第二真空表、第一透气布11、支撑模具12、加热毯13、补片模具14、第一无孔分离膜15、第一有孔分离膜16、湿铺层修理补片17、第二有孔分离膜18、第二透气布19、第二无孔分离膜20和第三透气布21；所述第一真空袋10、透气毡9和金属底板8由上至下依次设置，所述第一透气布11、支撑模具12、加热毯13、补片模具14、第一无孔分离膜15、第一有孔分离膜16、湿铺层修理补片17、第二有孔分离膜18、第二透气布19、第二无孔分离膜20和第三透气布21由下至上依次铺设以形成层叠单元，此层叠单元设置在第一真空袋10中，第二抽真空基座31和第二真空表均安装在第一真空袋上10，且第二抽真空基座 31吸附在第三透气布21上，所述加热毯13的电源线从第一真空袋10的开口端引出，所述第一真空袋10的开口端密封以形成第一真空袋区；所述盒型件 1扣设在金属底板8的上表面，所述第一真空袋10内的层叠单元位于盒型件 1的容纳腔中，且所述第二抽真空基座31和第二真空表均位于盒型件1的外侧，所述加热毯13的电源线从盒型件1的导线孔中引出，所述盒型件1的外延边3与金属底板8之间密封以形成第二真空袋区，所述盒型件1的至少一个通孔5中安装有第一抽真空基座28，所述盒型件1的至少一个通孔5中安装有第一真空表，其余通孔由密封胶塞密封，所述盒型件1为上述的盒型件1。金属底板8上放置透气毡9可以防止抽真空过程中第一真空袋10与金属底板 8之间产生封闭区域，避免预固化过程中修理补片的变形或抽真空不彻底。
所述第二透气布19的边缘超出所述支撑模具12、加热毯13、补片模具 14、第一无孔分离膜15、第一有孔分离膜16、湿铺层修理补片17、第二有孔分离膜18和第二无孔分离膜20的边缘；所述第一透气布11和第三透气布21 的边缘超出所述支撑模具12、加热毯13、补片模具14、第一无孔分离膜15、第一有孔分离膜16、湿铺层修理补片17、第二有孔分离膜18、第二透气布 19和第二无孔分离膜20的边缘。第二透气布19尺寸偏大可以使湿铺层修理补片17周边的气体彻底排出，防止出现封闭气体区域。第一透气布11和第三21透气布具有更大的尺寸是为了使湿铺层修理补片17与,第二抽真空基座 31之间形成良好的透气通道，以使第一真空袋区的真空度保持一致，且无封闭死角。
还包括热电偶22，所述热电偶22设置在补片模具14与第一无孔分离膜 15之间，所述热电偶22的传导线依次经第一真空袋10的开口端和导线孔6 后引出。热电偶22的数量有四个，采用高温胶带将四个热电偶22固定在补片模具14上，且这四个热电偶22分布在湿铺层修理补片17的四周。此设置，可实时监测湿铺层修理补片17四周的温度变化和温度均匀性。电源线和传导线均从导线孔6中引出，便于盒型件1的整体密封，还有效避免了加热毯的电源线和热电偶的传导线在重压之下短路或断路。电源线和传导线经第一真空袋10的开口端、导线孔6引出后，用双密封胶条将第一真空袋10的开口端和导线孔密封。
一种曲面复合材料双真空袋修理工艺，包括如下步骤：
S101、清理曲面复合材料构件的损伤区域，打磨并切割损伤，确定损伤区域的具体尺寸，进而确定盒型件1、加热毯13、支撑模具12和补片模具14 的尺寸；所述加热毯13的尺寸完全覆盖损伤区域，且加热毯13的四周均超出损伤区域2-3英寸；所述盒型件1的四周均超过加热毯13两英寸左右，补片模具14和支撑模具12的尺寸与加热毯13相等。例如：
若损伤区域长宽尺寸分别为A0、B0，加热毯13尺寸为A1、B1，盒型件 1内部空间尺寸为A2、B2则有：
A1≥A0+2.5in；B1≥B0+2.5in；
A2＝A1+2in；B2＝B1+2in；
设支撑模具12的长和宽尺寸X1，Y1；补片模具14长和宽尺寸X2，Y2，则有以下：
X1＝X2＝A1；Y1＝Y2＝B1；
S102、根据S101中确定的补片模具14的尺寸，在铝板上切割出补片模具14的基本形状，为使补片模具14的形状与被修理件29的尺寸外形尽量接近，在切割和修边后需要利用辊弯机辊弯或利用异形曲面成型机成型；补片模具14采用可塑性变形加工的2024-T3铝板制作，厚度为0.5-0.8mm，其大小与所用加热毯13尺寸相同。
S103、根据S101中确定的支撑模具12的尺寸，采用碳纤维预浸料制作支撑模具铺层23，所述支撑模具的铺层数在七-八层之间，支撑模具铺层23 的封装固化方法为：将第三无孔分离膜24、补片模具14、加热毯13、支撑模具铺层23、第三有孔分离膜25、第四透气布26和第二真空袋27由下至上铺设在被修理件29上，保证第二真空袋27与被修理件29之间密封(采用密封胶条30密封)，第二真空袋上安装第三抽真空基座32和第三真空表，将第三抽真空基座32可吸附在第四透气布26上，并将其与第三真空泵连接，开始抽真空，当真空度到达22-26inHg，开启加热毯13，当支撑模具铺层23完全固化形成支撑模具12后恢复至常压，并关闭加热毯13，支撑模具12自然降温。固化温度和时间以预浸料的要求为准，此过程与单真空袋工艺类似。支撑模具12采用碳纤维复合材料制成，碳纤维复合材料具有优越的可设计性，便于成型较为复杂的形状。与铝合金构件相比，碳纤维复合材料的铺层也具有可设计性，并且其比强度和比模量更高，结构重量更轻。
S104、第一真空袋区封装：将第一透气布11、支撑模具12、加热毯13、补片模具14、热电偶22、第一无孔分离膜15、第一有孔分离膜16、湿铺层修理补片17、第二有孔分离膜18、第二透气布19、第二无孔分离膜20和第三透气布21由下至上依次铺设以形成层叠单元，将此层叠单元放置在第一真空袋10中，第二抽真空基座31和第二真空表均安装在第一真空袋10上，且第二抽真空基座31吸附在第三透气布21上，加热毯13的电源线和热电偶22 的传导线从第一真空袋10的开口端引出，并将第一真空袋10的开口端使用密封胶条30密封以形成第一真空袋区。其中，第二抽真空基座31和第二真空表分别吸附在第三透气布21的两角。采用高温胶带将四个热电偶22固定在补片模具14上，这四个热电偶22分布在湿铺层修理补片17的四周，可实时监测湿铺层修理补片17四周的温度变化和温度均匀性。该区域加热毯的温度按照湿铺层修理补片17预浸料的固化要求加温，通常情况下升温速率在2-4 ℉/Min，保温温度和时长视情况而定，自然冷却即可。该区的真空度压力控制在26inHg，真空度绝对值在5分钟内下降量不大于2inHg。
S105、第二真空袋区封装，第二真空袋区是在第一真空袋区的基础上制备的，它主要在湿铺层修理补片17的周围形成第二个真空区，使得湿铺层修理补片17所在区域在不降低绝对真空度的前提下相对真空度降低，便于湿铺层修理补片17铺层区域的气体和水分析出。具体方法如下：将金属底板8、透气毡9和S104中封装好的第一真空袋10由下至上依次设置，将盒型件1 扣设于金属底板8的上表面，并保证第一真空袋10内的层叠单元位于盒型件1的容纳腔中，第二抽真空基座31和第二真空表均位于盒型件1的外侧，加热毯13的电源线和热电偶22的传导线均从导线孔6中引出，并将导线孔6 用密封胶条30密封，将盒型件1的外延边3与金属底板8之间采用密封胶条 30密封以形成第二真空袋区，盒型件1的一个通孔5中安装第一抽真空基座 28，另一个通孔5中安装第一真空表，其余通孔采用密封胶塞密封；本区域无需加热，且本区域真空度压力不大于第一真空袋区，控制在25-26inHg。在第一真空袋区未进行抽真空，且未达到要求真空度前，第二真空袋区不允许开始抽真空，否则可能会导致预固化修理补片褶皱或质量缺陷。为确保密封效果，最好使用双密封胶条密封第一真空袋的开口端和导线孔。
S106、双真空袋固化实施(对湿铺层修理补片进行预固化)：检测第一真空袋10是否密封合格，确保密封后将第一真空袋10的第二抽真空基座31 与第一真空泵连接，开始对第一真空袋区抽真空，当真空表读数达到26inHg 后，将盒型件1上的第一抽真空基座28与第二真空泵连接，开始对第二真空袋区抽真空，保持第二真空袋区的真空度在25-26inHg之间；随后开启加热毯 13对湿铺层修理补片17加热，加热毯13的升温速率在2-4℉/Min，假设达到环氧胶(预浸料时使用的胶体)的固化保温温度T后需持续保温t分钟完全固化，则在t/2时刻将第二真空袋区恢复至常压，到t时刻时，将第一真空袋区恢复至常压，预固化的修理补片自然降温，在使用前预固化的修理补片需要一直存放于模具内，防止温度变化导致预固化的修理补片出现变形。
S107、将预固化的修理补片粘接在被修理件29上，采用常见的单真空袋工艺将预固化的修理补片粘接到被修理件29上。其真空度控制在26inHg。温度和固化时间按胶膜的固化要求而定。
S108、后处理：对修理区进行打磨、刮平和表面恢复，最后进行质量检查。
第一真空袋区恢复至常压的过程中，其真空度绝对值在5分钟内下降量不大于2inHg。以防真空度下降速率过快，修理补片产生变形。
本修理工艺适用于损伤区域位于曲面结构件某处，且损伤层数大于等于六层的曲面复合材料构件，采用本修理工艺可以达到提高修理质量，简化修理工艺，节约修理用耗材和时间的效果，较好的解决了六层或以上层数曲面复合材料构件的损伤修理质量缺陷问题。
实施例2：
本实施例除以下技术特征外同实施例1：
当曲面复合材料构件存在4in的内部脱层损伤，为不可允许损伤，该损伤在可修理范围内，采用本发明中的曲面复合材料双真空袋修理工艺对其进行修理，具体步骤为：
S101、清理曲面复合材料构件的损伤区域，打磨并切割损伤，圆形损伤区域的直径为D0＝4in。选择圆形加热毯，其直径为D1＝6in，可以完全覆盖损伤区域。盒型件的尺寸为A2＝B2＝8in(约400mm)，支撑模具的长和宽尺寸为X1＝Y1＝6in；补片模具的长和宽尺寸为X2＝Y2＝6in。
S102、根据S101中确定的参数和被修理件损伤区域的外形，采用2024-T3 铝合金材料制作补片模具，在切割和修边后需要利用辊弯机辊弯，以使补片模具的形状与被修理件损伤区域的外形相同。
S103、采用碳纤维预浸料制作支撑模具铺层，所述支撑模具的铺层数在 7-8层之间，按照实施例1中的方法对支撑模具铺层进行封装固化。
S104、按照实施例1中的方法进行第一真空袋区封装，若被修理件的材料为BMS8-276，则加热毯的升温速率在2-4℉/Min，保温温度210-230℉，时长60-70Min，自然冷却即可。该区的真空表压力读数控制在26inHg以上，该读数值在5分钟内下降量不大于2inHg。
S105、按照实施例1中的方法进行上真空带区封装。
S106、双真空袋固化实施：按照实施例1中的方法进行双真空袋固化实施。假设达到环氧胶所需的固化保温温度220℉后持续保温60Min达到完全固化。其中，在30Min的时间点，需要将上真空区进行卸压。到60Min时刻，将下真空区进行卸压。预固化修理补片可以自然降温，在使用前需要存放于模具内，防止预固化修理补片出现过度变形。
S107、在被修理件29上粘接预固化的修理补片。采用单真空袋工艺将预固化修理补片粘接到被修理件29上。其真空度控制在26inHg。温度和固化时间按S103中的要求而定。
S108、后处理工艺。对修理区进行打磨、刮平、表面恢复等工作，最后进行质量检查。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.盒型件，其特征在于：包括盒型罩体和外延边，所述盒型罩体的底部具有内凹的容纳腔，所述外延边与盒型罩体底部的四周连接以使盒型件的截面呈几字形，所述盒型罩体的上表面开有至少两个通孔，所述通孔均与容纳腔连通，至少一个通孔中安装有第一抽真空基座，至少一个通孔中安装有第一真空表，其余通孔均采用密封胶塞密封，所述盒型罩体一侧的外延边具有半圆形的导线孔，所述导线孔与容纳腔连通。
2.根据权利要求1所述的盒型件，其特征在于：所述盒型罩体和外延边一体成型，且所述盒型罩体和外延边均采用多层碳纤维复合材料制成。
3.根据权利要求1所述的盒型件，其特征在于：所述盒型件的上表面设置有加强筋。
4.一种曲面复合材料双真空袋修理装置，其特征在于：包括盒型件、金属底板、透气毡、第一真空袋、第二抽真空基座、第二真空表、第一透气布、支撑模具、加热毯、补片模具、第一无孔分离膜、第一有孔分离膜、湿铺层修理补片、第二有孔分离膜、第二透气布、第二无孔分离膜和第三透气布；所述第一真空袋、透气毡和金属底板由上至下依次设置，所述第一透气布、支撑模具、加热毯、补片模具、第一无孔分离膜、第一有孔分离膜、湿铺层修理补片、第二有孔分离膜、第二透气布、第二无孔分离膜和第三透气布由下至上依次铺设以形成层叠单元，此层叠单元设置在第一真空袋中，第二抽真空基座和第二真空表均安装于第一真空袋，所述加热毯的电源线从第一真空袋的开口端引出，所述第一真空袋的开口端密封以形成第一真空袋区；所述盒型件扣设在金属底板的上表面，所述第一真空袋内的层叠单元位于盒型件的容纳腔中，且所述第二抽真空基座和第二真空表均位于盒型件的外侧，所述加热毯的电源线从盒型件的导线孔中引出，所述盒型件的外延边与金属底板之间密封以形成第二真空袋区，所述盒型件的至少一个通孔中安装有第一抽真空基座，所述盒型件的至少一个通孔中安装有第一真空表，其余通孔由密封胶塞密封，所述盒型件为权利要求1-3中任一项所述的盒型件。
5.根据权利要求4所述的曲面复合材料双真空袋修理装置，其特征在于：所述第二透气布的边缘超出所述支撑模具、加热毯、补片模具、第一无孔分离膜、第一有孔分离膜、湿铺层修理补片、第二有孔分离膜和第二无孔分离膜的边缘；所述第一透气布和第三透气布的边缘超出所述支撑模具、加热毯、补片模具、第一无孔分离膜、第一有孔分离膜、湿铺层修理补片、第二有孔分离膜、第二透气布和第二无孔分离膜的边缘。
6.根据权利要求4所述的曲面复合材料双真空袋修理装置，其特征在于：还包括热电偶，所述热电偶设置在补片模具与第一无孔分离膜之间，所述热电偶的传导线依次经第一真空袋的开口端和导线孔后引出。
7.一种曲面复合材料双真空袋修理工艺，其特征在于，基于权利要求4-6中任一项所述的曲面复合材料双真空袋修理装置实施，包括如下步骤：
S101、清理曲面复合材料构件的损伤区域，打磨并切割损伤，确定损伤区域的具体尺寸，进而确定盒型件、加热毯、支撑模具和补片模具的尺寸；
S102、根据S101中确定的补片模具的尺寸，在铝板上切割出补片模具的基本形状，经修边后利用辊弯机辊弯或利用异形曲面成型机成型；
S103、根据S101中确定的支撑模具的尺寸，采用碳纤维预浸料制作支撑模具铺层，随后对支撑模具铺层进行封装固化从而制备支撑模具；
S104、第一真空袋区封装：将第一透气布、支撑模具、加热毯、补片模具、热电偶、第一无孔分离膜、第一有孔分离膜、湿铺层修理补片、第二有孔分离膜、第二透气布、第二无孔分离膜和第三透气布由下至上依次铺设以形成层叠单元，将此层叠单元放置在第一真空袋中，将第二抽真空基座和第二真空表安装于第一真空袋，加热毯的电源线和热电偶的传导线从第一真空袋的开口端引出，并将第一真空袋的开口端密封以形成第一真空袋区；
S105、第二真空袋区封装：将金属底板、透气毡和S104中封装好的第一真空袋由下至上依次设置，将盒型件扣设于金属底板的上表面，并保证第一真空袋内的层叠单元位于盒型件的容纳腔中，第二抽真空基座和第二真空表均位于盒型件的外侧，加热毯的电源线和热电偶的传导线从导线孔中引出后，将导线孔密封，将盒型件的外延边与金属底板之间密封以形成第二真空袋区，盒型件的至少一个通孔中安装第一抽真空基座，盒型件的至少一个通孔中安装第二真空表，其余通孔采用密封胶塞密封；
S106、双真空袋固化实施：检测第一真空袋是否密封合格，确保密封后将第二抽真空基座与第一真空泵连接，开始对第一真空袋区抽真空，当第二真空表读数达到26inHg后，将盒型件上的第一抽真空基座与第二真空泵连接，开始对第二真空袋区抽真空，保持第二真空袋区的真空度在25-26inHg之间；随后开启加热毯，加热毯的升温速率在2-4℉/Min，假设达到环氧胶的固化保温温度T后需持续保温t分钟完全固化，则在t/2时刻将第二真空袋区恢复至常压，到t时刻时，将第一真空袋区恢复至常压，预固化的修理补片自然降温；
S107、将预固化的修理补片粘接在被修理件上；
S108、后处理：对修理区进行打磨、刮平和表面恢复，最后进行质量检查。
8.根据权利要求7所述的曲面复合材料双真空袋修理工艺，其特征在于：支撑模具铺层的封装固化方法为：将第三无孔分离膜、补片模具、加热毯、支撑模具铺层、第三有孔分离膜、第四透气布和第二真空袋由下至上铺设在被修理件上，保证第二真空袋与被修理件之间密封，第二真空袋安装有第三抽真空基座和第三真空表，将第三抽真空基座与第三真空泵连接，开始抽真空，当第三真空表数值显示在22-26inHg时，开启加热毯，当支撑模具铺层完全固化后恢复至常压，并关闭加热毯，支撑模具自然降温。
9.根据权利要求7所述的曲面复合材料双真空袋修理工艺，其特征在于：第一真空袋区恢复至常压的过程中，其真空度绝对值在5分钟内下降量不大于2inHg。
10.根据权利要求7所述的曲面复合材料双真空袋修理工艺，其特征在于：所述加热毯完全覆盖损伤区域，且加热毯的四周均超出损伤区域2-3英寸；所述盒型件的四周均超过加热毯2-3英寸，所述支撑模具和补片模具的尺寸与加热毯相同。
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CN111055518A (zh) * 2019-12-09 2020-04-24 中航复合材料有限责任公司 一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法

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