CN110948915A - 碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补结构以及修补工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补结构以及修补工艺；修补结构包括：待修补的碳纤维、待修补的孔隙、真空袋、吸胶棉、遮蔽胶带、树脂或结构胶、密封胶条等；修补工艺包括以下步骤：1：使用遮蔽胶带对修补区域周围的表面进行遮蔽，并使用密封胶条填满附近的孔位；2：使用脱漆剂清除修补区域的漆面；3：按照一定的比例调配树脂或结构胶；4：将树脂或结构胶涂在修补区域的内表面，在外表面铺设真空袋；5：连接真空泵，对被修补处抽真空，完成后清理多余的树脂；步骤6：将壳体放入烘箱中烘烤,使树脂完全固化。本发明利用抽真空带来的负压让树脂渗透到碳层内，以修补碳层内部的裂纹、孔隙，同时保证修补位置具有一定的强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种修补结构以及修补工艺，具体涉及一种通过抽真空使树脂浸入整个碳层，增强了修补处与原壳体的结合强度的碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补结构以及修补工艺。
背景技术
碳纤维产品具有高强度、高模量的优异力学性能，因此碳纤维壳体在各种高精尖技术领域得到了广泛的利用，为了在严苛的工作环境下保护精密仪器，这类碳纤维壳体通常不仅仅需要保证力学性能，同时还对壳体的气密性能有严格的要求。而在实际加工过程中，复杂形状的碳纤维壳体的质量受到包括铺层、加热、加压等多方面因素的影响，难以实现精准控制，容易出现孔隙、裂纹等缺陷，导致壳体的气密性无法达到标准，因此除了在成型过程中保证产品质量外，对于有缺陷产品的修补也是碳纤维制品制造过程的重要环节。目前常见的碳纤维壳体气密性修补方案一般是在碳纤维壳体的内表面涂覆结构胶或树脂，然后再贴上数层玻布以加强修补部分的结构，这种修补方案中，树脂或结构胶只是被涂在碳纤维表面，难以浸入碳纤维壳体深层，修补部分和原壳体之间的结合强度相对较差；同时在表层会残留树脂和明显的修补痕迹，在部分要求内外表面的产品中无法适用，限制了这种修补方案的实施。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种通过抽真空使树脂浸入整个碳层，增强了修补处与原壳体的结合强度的碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补结构以及修补工艺。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补结构；所述的修补结构包括：待修补的碳纤维、待修补的孔隙、真空袋、吸胶棉、遮蔽胶带、树脂或结构胶、真空泵、真空泵气管、遮蔽胶带围城的区域；密封胶条；
待修补的碳纤维上的待修补的孔隙两面上分别设置有：遮蔽胶带围城的区域和真空袋；
真空袋的边沿采用密封胶条紧贴待修补的碳纤维的表面；
遮蔽胶带围城的区域为采用遮蔽胶带围绕待修补的孔隙围成的区域；
遮蔽胶带围城的区域内填充有树脂或结构胶；
真空袋采用真空泵气管连接在真空泵上；
真空袋和待修补的碳纤维之间还设置有吸胶棉。
在本发明的具体实施例子中：所述树脂或结构胶为中温或高温固化型的树脂或结构胶,其中中温固化型树脂或结构胶指固化温度在80-130℃之间的树脂或结构胶，高温固化型树脂或结构胶指固化温度在130-370℃之间的树脂或结构胶。
在本发明的具体实施例子中：所述待修补的孔隙的最宽处不大于2mm，所述吸胶棉的厚度范围为：1-3mm。
在本发明的具体实施例子中：所述遮蔽胶带围城的区域的边缘到待修补的孔隙的中心的距离范围为：30-50mm。
一种碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补工艺，所述修补工艺包括以下步骤：
步骤1：使用遮蔽胶带对修补区域周围的表面进行遮蔽，以防止周围表面被污染；
步骤2：使用脱漆剂清除修补区域的漆面，使用砂纸对修补区域内外表面进行打磨粗化，以增强表面对树脂或结构胶的吸附能力；
步骤3：按照一定的比例调配树脂或结构胶；
步骤4：将调配好的树脂或结构胶涂在修补区域的内表面，在外表面铺一层吸胶棉，吸胶棉上铺设真空袋，用密封胶条将真空袋和碳纤维壳体贴紧，在修补区域的外表面安装气嘴；
步骤5：连接真空泵，对被修补处抽真空，观察到吸胶棉上有树脂后停止抽气，拆除外表面的真空袋和吸胶棉，清理内外表面的树脂，并使用遮蔽胶带遮蔽修补区域；
步骤6：将壳体放入烘箱中烘烤，使树脂完全固化，取出后打磨掉内外表面多余的树脂，对修补区域重新进行涂装，得到最终产品。
在本发明的具体实施例子中：所述的修补区域根据待修补孔隙、裂纹的大小决定，对于肉眼可见的孔隙、裂纹，所述修补区域为以孔隙、裂纹为中心，边缘到孔隙、裂纹边缘距离30-50mm的区域，对于肉眼不可见，但是在气密测试中确实发现漏气的孔隙、裂纹，所述修补区域为以漏气区域为中心，边缘到中心距离30-50mm。
在本发明的具体实施例子中：所述修补区域内表面边缘处需贴数层遮蔽胶带，使边缘高于修补区域内表面，便于填入树脂或结构胶。
在本发明的具体实施例子中：所述的树脂或结构胶，根据待修补的裂纹、孔隙的大小，需加入不同的填料；若孔隙直径不大于1mm或裂纹的宽度不大于1mm，则在所述树脂、结构胶中掺入碳粉，若孔隙的直径大于1mm且不大于2mm或裂纹的宽度大于1mm且不大于2mm，则在所述树脂、结构胶中掺入碎纤维，若孔隙的直径大于2mm或裂纹的宽度大于2mm，则不推荐用上述修补工艺进行修补。
在本发明的具体实施例子中：所述的碳粉的掺量取决于调配树脂或结构胶的量，所述碳粉的掺量应使树脂或结构胶调匀后呈黑色，且质量不超过调配树脂或结构胶质量的5％。
在本发明的具体实施例子中：所述的碎纤维的长度控制在不超过3mm，掺量取决于调配树脂或结构胶的量，所述碎纤维的掺量应使树脂或结构胶调匀后呈黑色，且质量不超过调配树脂或结构胶质量的25％。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补工艺具有如下优点：
1、通过抽真空使树脂浸入整个碳层，增强了修补处与原壳体的结合强度；
2、增重小，整个修补过程产品几乎没有增重；
3、几乎没有修补痕迹，不会影响制品的装配和外观，具备较强的适用性和应用前景。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的过程示意图。
下面是本发明中标号对应的名称：
树脂或结构胶1、吸胶棉2、真空袋3、遮蔽胶带4、待修补的孔隙5、待修补的碳纤维6、遮蔽胶带围城的区域7、密封胶条8、真空泵9、真空泵气管10。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
本发明提供了一种碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补结构，通过抽真空使树脂浸入整个碳层，增强了修补处与原壳体的结合强度。图2为本发明的过程示意图；如图2所示：本发明提供的一种碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补结构；该修补结构包括：待修补的碳纤维6、待修补的孔隙5、真空袋3、吸胶棉2、遮蔽胶带4、树脂或结构胶1、真空泵9、真空泵气管10、遮蔽胶带围城的区域7；密封胶条8。
待修补的碳纤维6上的待修补的孔隙5两面上分别设置有：遮蔽胶带围城的区域7和真空袋3；真空袋3的边沿采用密封胶条8紧贴待修补的碳纤维6的表面；遮蔽胶带围城的区域7为采用遮蔽胶带4围绕待修补的孔隙5围成的区域；遮蔽胶带围城的区域7内填充有树脂或结构胶1；真空袋3采用真空泵气管10连接在真空泵9上；真空袋3和待修补的碳纤维6之间还设置有吸胶棉2。
本发明的中采用的树脂或结构胶1为中温或高温固化型的树脂或结构胶,其中中温固化型树脂或结构胶指固化温度在80-130℃之间的树脂或结构胶，高温固化型树脂或结构胶指固化温度在130-370℃之间的树脂或结构胶。待修补的孔隙5的最宽处不大于2mm。本发明中的树脂或结构胶1根据待修补的裂纹、孔隙的大小，需加入不同的填料；若孔隙直径不大于1mm或裂纹的宽度不大于1mm，则在所述树脂、结构胶中掺入碳粉，若孔隙的直径大于1mm且不大于2mm或裂纹的宽度大于1mm且不大于2mm，则在所述树脂、结构胶中掺入碎纤维，若孔隙的直径大于2mm或裂纹的宽度大于2mm，则不推荐用上述修补工艺进行修补。
在具体的实施过程中，遮蔽胶带围城的区域7的边缘到待修补的孔隙5的中心的距离范围为：30-50mm；遮蔽胶带围城的区域7一般可以为正方形，也可以为圆形或其他不规则的形状等。
本发明采用的修补工艺包括以下步骤：
步骤1：使用遮蔽胶带1对修补区域周围的表面进行遮蔽，以防止周围表面被污染；
步骤2：使用脱漆剂清除修补区域的漆面，使用砂纸对修补区域内外表面进行打磨粗化，以增强表面对树脂或结构胶的吸附能力；
步骤3：按照一定的比例调配树脂或结构胶；
步骤4：将调配好的树脂或结构胶涂在修补区域的内表面，在外表面铺一层吸胶棉，吸胶棉上铺设真空袋，用密封胶条将真空袋和碳纤维壳体贴紧，在修补区域的外表面安装气嘴；
步骤5：连接真空泵，对被修补处抽真空，观察到吸胶棉上有树脂后停止抽气，拆除外表面的真空袋和吸胶棉，清理内外表面的树脂，并使用遮蔽胶带遮蔽修补区域；
步骤6：将壳体放入烘箱中烘烤，使树脂完全固化，取出后打磨掉内外表面多余的树脂，对修补区域重新进行涂装，得到最终产品。
本发明中修补区域根据待修补孔隙、裂纹的大小决定，对于肉眼可见的孔隙、裂纹，所述修补区域为以孔隙、裂纹为中心，边缘到孔隙、裂纹边缘距离30-50mm的区域，对于肉眼不可见，但是在气密测试中确实发现漏气的孔隙、裂纹，所述修补区域为以漏气区域为中心，边缘到中心距离30-50mm。
修补区域内表面边缘处需贴数层遮蔽胶带，使边缘高于修补区域内表面，便于填入树脂或结构胶。
树脂或结构胶，根据待修补的裂纹、孔隙的大小，需加入不同的填料；若孔隙直径不大于1mm或裂纹的宽度不大于1mm，则在所述树脂、结构胶中掺入碳粉，若孔隙的直径大于1mm且不大于2mm或裂纹的宽度大于1mm且不大于2mm，则在所述树脂、结构胶中掺入碎纤维，若孔隙的直径大于2mm或裂纹的宽度大于2mm，则不推荐用上述修补工艺进行修补。所述的碳粉的掺量取决于调配树脂或结构胶的量，所述碳粉的掺量应使树脂或结构胶调匀后呈黑色，且质量不超过调配树脂或结构胶质量的5％。
所述的碎纤维的长度控制在不超过3mm，掺量取决于调配树脂或结构胶的量，所述碎纤维的掺量应使树脂或结构胶调匀后呈黑色，且质量不超过调配树脂或结构胶质量的25％。
本发明中的修补区域若不足以放置气嘴，也可以将真空泵的气管和真空袋直接通过密封胶条密封。
下面是具体的实施例子：
实施例一：
(1)、对需修补处附近的内外表面均使用遮蔽胶带进行防护，并使用密封胶条堵死修补处附近的螺纹孔；
(2)、用棉签蘸取脱漆剂涂抹在需修补处内外表面，静置2min，用刀片轻轻刮去漆面，再用400#砂纸对内外表面进行打磨粗化；
(3)、按照树脂：固化剂＝2:1的比例调配树脂3g，其中树脂使用中温固化型环氧树脂，固化温度为80℃，掺入碳粉0.1g，调匀至树脂颜色为黑色；
(4)、将调配好的树脂涂在被修补处内表面，在外表面安装气嘴，在外表面铺真空袋；
(5)、用抽气机抽真空1min，观察到树脂渗透到碳纤维壳体外表面，停止抽气,拆除真空袋和吸胶棉,清理上下表面残留树脂；
(6)、将壳体置于90℃的烘箱中烘烤1h，取出后打磨掉多余树脂，重新喷漆涂装，在3MPa的内压下保持10min不漏气，经称量，修补前的产品质量1010.5g，修补后的产品质量1010.9g，增重0.4g。
实施例二：
(1)、对需修补处附近的内外表面均使用遮蔽胶带进行防护，并使用密封胶条堵死修补处附近的螺纹孔；
(2)、用棉签蘸取脱漆剂涂抹在需修补处内外表面，静置2min，用刀片轻轻刮去漆面，再用400#砂纸对内外表面进行打磨粗化；
(3)、按照树脂：固化剂＝2:1的比例调配树脂3g，其中树脂使用中温固化型环氧树脂，固化温度为80℃，掺入碳粉0.1g，调匀至树脂颜色为黑色；
(4)、将调配好的树脂填入在被修补处内表面，在外表面安装气嘴，在外表面铺真空袋；
(5)、用抽气机抽真空1min，观察到树脂渗透到碳纤维壳体外表面，停止抽气,拆除真空袋和吸胶棉,清理上下表面残留树脂；
(6)、将壳体置于85℃的烘箱中烘烤1h，取出后打磨掉多余树脂，重新喷漆涂装，在3MPa的内压下保持10min不漏气，经称量，修补前的产品质量1008.9g，修补后的产品质量1009.7g，增重0.8g。
实施例三：
(1)、对需修补处附近的内外表面均使用遮蔽胶带进行防护，并使用密封胶条堵死修补处附近的螺纹孔；
(2)、用棉签蘸取脱漆剂涂抹在需修补处外表面，静置2min，用刀片轻轻刮去漆面，再用400#砂纸对内外表面进行打磨粗化；
(3)、按照树脂：固化剂＝2:1的比例调配树脂3g，其中树脂使用中温固化型环氧树脂，固化温度为80℃掺入碳粉0.1g，调匀至树脂颜色为黑色；
(4)、将调配好的树脂涂在被修补处内表面，在外表面安装气嘴，在内外表面铺真空袋；
(5)、用抽气机抽真空1min，观察到树脂渗透到碳纤维壳体外表面，停止抽气，拆除真空袋和吸胶棉,清理上下表面残留树脂；
(6)、将壳体置于80℃的烘箱中烘烤1h，取出后打磨掉多余树脂，重新喷漆涂装，在2.5MPa的内压下保持10min不漏气，经称量，修补前的产品质量378.4g，修补后的产品质量379.0g，增重0.6g。
上述三个实施例子中，使用的树脂为中温固化型环氧树脂，配比为树脂：固化剂＝2：1；烘箱温度设定为85±5℃，烘烤时间为1h。
以上显示和描述了本发明的基本原理和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说明本发明的原理，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 (10)
1.一种碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补结构；其特征在于：所述的修补结构包括：待修补的碳纤维、待修补的孔隙、真空袋、吸胶棉、遮蔽胶带、树脂或结构胶、真空泵、真空泵气管、遮蔽胶带围城的区域；密封胶条；
待修补的碳纤维上的待修补的孔隙两面上分别设置有：遮蔽胶带围城的区域和真空袋；
真空袋的边沿采用密封胶条紧贴待修补的碳纤维的表面；
遮蔽胶带围城的区域为采用遮蔽胶带围绕待修补的孔隙围成的区域；
遮蔽胶带围城的区域内填充有树脂或结构胶；
真空袋采用真空泵气管连接在真空泵上；
真空袋和待修补的碳纤维之间还设置有吸胶棉。
2.根据权利要求1所述的碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补结构，其特征在于：所述树脂或结构胶为中温或高温固化型的树脂或结构胶,其中中温固化型树脂或结构胶指固化温度在80-130℃之间的树脂或结构胶，高温固化型树脂或结构胶指固化温度在130-370℃之间的树脂或结构胶。
3.根据权利要求1所述的碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补结构，其特征在于：所述待修补的孔隙的最宽处不大于2mm，所述吸胶棉的厚度范围为：1-3mm。
4.根据权利要求1所述的碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补结构，其特征在于：所述遮蔽胶带围城的区域的边缘到待修补的孔隙的中心的距离范围为：30-50mm。
5.一种碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补工艺，其特征在于：所述修补工艺包括以下步骤：
步骤1：使用遮蔽胶带对修补区域周围的表面进行遮蔽，以防止周围表面被污染；
步骤2：使用脱漆剂清除修补区域的漆面，使用砂纸对修补区域内外表面进行打磨粗化，以增强表面对树脂或结构胶的吸附能力；
步骤3：按照一定的比例调配树脂或结构胶；
步骤4：将调配好的树脂或结构胶涂在修补区域的内表面，在外表面铺一层吸胶棉，吸胶棉上铺设真空袋，用密封胶条将真空袋和碳纤维壳体贴紧，在修补区域的外表面安装气嘴；
步骤5：连接真空泵，对被修补处抽真空，观察到吸胶棉上有树脂后停止抽气，拆除外表面的真空袋和吸胶棉，清理内外表面的树脂，并使用遮蔽胶带遮蔽修补区域；
步骤6：将壳体放入烘箱中烘烤，使树脂完全固化，取出后打磨掉内外表面多余的树脂，对修补区域重新进行涂装，得到最终产品。
6.根据权利要求5所述的碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补工艺，其特征在于：所述的修补区域根据待修补孔隙、裂纹的大小决定，对于肉眼可见的孔隙、裂纹，所述修补区域为以孔隙、裂纹为中心，边缘到孔隙、裂纹边缘距离30-50mm的区域，对于肉眼不可见，但是在气密测试中确实发现漏气的孔隙、裂纹，所述修补区域为以漏气区域为中心，边缘到中心距离30-50mm。
7.根据权利要求5所述的碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补工艺，其特征在于：所述修补区域内表面边缘处需贴数层遮蔽胶带，使边缘高于修补区域内表面，便于填入树脂或结构胶。
8.根据权利要求5所述的碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补工艺，其特征在于：所述的树脂或结构胶，根据待修补的裂纹、孔隙的大小，需加入不同的填料；若孔隙直径不大于1mm或裂纹的宽度不大于1mm，则在所述树脂、结构胶中掺入碳粉，若孔隙的直径大于1mm且不大于2mm或裂纹的宽度大于1mm且不大于2mm，则在所述树脂、结构胶中掺入碎纤维，若孔隙的直径大于2mm或裂纹的宽度大于2mm，则不推荐用上述修补工艺进行修补。
9.根据权利要求8所述的碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补工艺，其特征在于：所述的碳粉的掺量取决于调配树脂或结构胶的量，所述碳粉的掺量应使树脂或结构胶调匀后呈黑色，且质量不超过调配树脂或结构胶质量的5％。
10.根据权利要求8所述的碳纤维壳体表面贯穿型孔隙和裂纹的修补工艺，其特征在于：所述的碎纤维的长度控制在不超过3mm，掺量取决于调配树脂或结构胶的量，所述碎纤维的掺量应使树脂或结构胶调匀后呈黑色，且质量不超过调配树脂或结构胶质量的25％。
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