CN111055518A - 一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法 - Google Patents

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杨明
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Abstract

本发明提出了一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，通过在补片和复合材料本体间的胶膜表面施加一层导气材料，使得在真空袋压工艺下，封闭在补片和复合材料本体间的气体、挥发性组分等可能形成胶接缺陷的因素被可靠排出，大大提高了胶接修理结构的内部质量。该胶接修理方法可应用于飞机复合材料外场维修，提高了复合材料胶接修理结构的可靠性及使用寿命，具有很高的社会效益和经济效益。

Description

一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法
技术领域
本发明属于复合材料结构维修技术领域，涉及一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法。
背景技术
复合材料现今已广泛应用于各种飞机的次承力乃至主承力结构，在飞机结构重量中占有的比例也逐年增加。复合材料结构在生产、使用和维护过程中不可避免会产生缺陷或损伤，因此复合材料构件修理问题逐渐引起人们的重视。
复合材料结构的修理主要包括机械连接修理和胶接修理。机械连接修理虽然具有较高的可靠性，但增加的连接孔会引入额外的应力集中，容易对原复合材料结构造成二次损伤。胶接修理是通过胶粘剂将补片和原复合材料结构通过固化连接在一起，相对于机械连接修理，胶接修理具有连接应力分布均匀、连接强度高、修理重量增加少等优点，而且胶接修理能够保持原气动外形，最大程度地降低修理对气动特性的影响。
在内场修理时，复合材料胶接修理可以采用热压罐固化，固化过程中较高的压力可以保证复合材料的胶接质量良好。然而，多数情况下，涉及复合材料外场维修时，胶接修理的内部质量并不容易控制。外场修理时，复合材料胶接修理通常采用真空袋和电热毯固化，成型过程中的压力仅为一个大气压，造成胶接修理结构的空隙率比采用热压罐时明显偏大，胶接修理结构的可靠性较差。
因此，提高真空袋压工艺条件下复合材料的胶接修理质量，对于胶接修理工艺在复合材料外场条件下的维护，具有非常重要的意义。
发明内容
(1)要解决的技术问题
在外场修理时，复合材料胶接修理通常采用真空袋和电热毯固化，成型过程中的压力仅为一个大气压，造成胶接修理结构的空隙率比采用热压罐时明显偏大，胶接修理结构的可靠性较差。
本发明提出了一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法。该修理方法通过在补片和复合材料本体间的胶膜表面施加一层导气材料，使得在真空袋压工艺下，封闭在补片和复合材料本体间的气体、挥发性组分等可能形成胶接缺陷的因素被可靠排出，大大提高了胶接修理结构的内部质量。
(2)技术方案
一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，包括以下操作步骤：
(1)结构封装：对复合材料本体1进行表面处理，在其表面铺放修理用的胶膜3，然后在胶膜的表面铺贴一层导气材料4，然后放置预先处理好的补片2，最后按照真空袋压工艺进行封装；
(2)成型工艺：设置真空袋压工艺的真空压力、保温温度及保温时间，使胶膜3逐步浸渍导气材料4，直至浸渍完成，然后升温完成固化，形成胶接修理结构。
具体地，所述表面处理的方法为：采用机械加工的方法去除复合材料本体1损伤周边的材料，对加工后的复合材料本体1表面进行打磨处理后，采用有机溶剂对打磨表面进行清理。
具体地，上述步骤1中，在胶膜3的表面铺贴一层导气材料4，包括在胶膜3上表面和/或下表面铺贴一层导气材料4。
具体地，上述步骤1中的导气材料4为热塑性纤维形成的无纺布或者网格布中的任意一种。
具体地，所述导气材料4的厚度小于胶膜3的厚度。
具体地，上述补片2为多层预浸料铺叠后的叠片结构。
具体地，上述步骤2中，设置真空袋压工艺的真空压力时，真空度不低于0.09MPa。
具体地，上述步骤2中，所述保温温度为胶膜黏度在100-500Pa·s对应的温度区间中的任一温度。
具体地，所述保温时间为保温开始时间至胶膜完成对导气材料的浸渗的时间。
由以上的技术方案可知，本发明的有益效果是：
本发明提出的适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，能够有效排除封闭在补片和复合材料本体间的气体、挥发性组分，大大提高了胶接修理结构的内部质量，可应用于复合材料结构的外场维修，提高了复合材料胶接修理的可靠性及使用寿命，具有很高的经济效益。
附图说明
图1为复合材料胶接修理工艺示意图。
图中：1-复合材料本体，2-补片，3-胶膜，4-导气材料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，具体包括以下操作步骤：
1)5228A/CCF300(中航复合材料有限责任公司产品)复合材料加筋壁板蒙皮侧有冲击造成的损伤，采用超声波无损探伤的方法确定了蒙皮的损伤位置和损伤面积，然后采用机械加工的方法去除了损伤周边的材料，对加工后的复合材料本体1表面进行打磨处理，并采用丙酮对表面进行了清理；
2)在处理好的复合材料本体1表面铺放黑龙江省石油化学研究院的J271M环氧胶膜3，之后在胶膜3的上表面铺贴一层面密度为20g/m2的尼龙无纺布4，然后放置预先处理好的5228A/CCF300预浸料补片2，最后按照真空袋压工艺进行真空袋封装，铺贴结构见图1；
3)保持真空度不低于0.09MPa，首先升温到120℃，保温1h，此时J271M胶膜完成对无纺布的浸渗，然后继续升温到180℃，保温2h，完成胶接结构的固化成型。
采用超声波无损探伤设备对修理后的区域进行无损检测，结果表明胶接质量良好，胶接质量达到了内场维修中采用热压罐进行胶接固化时的质量水平，完全满足外场维修质量要求。
实施例2
一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，具体包括以下操作步骤：
1)采用RTM工艺制备的5284RTM/U-3160(中航复合材料有限责任公司产品)复合材料层合板一侧有冲击造成的损伤，采用超声波无损探伤的方法确定了层合板的损伤位置和损伤面积，然后采用机械加工的方法去除了损伤周边的材料，对加工后的复合材料本体表面进行打磨处理，并采用正己烷对表面进行了清理；
2)在处理好的复合材料本体上表面铺贴一层面密度为15g/m2的尼龙网格布，然后顺次铺放中国航发北京航空材料研究院的SY14环氧胶膜，最后放置预先处理好的5228A/CCF300预浸料补片，最后按照真空袋压工艺进行真空袋封装；
3)保持真空度不低于0.09MPa，首先升温到120℃，保温1h，此时SY14胶膜完成对网格布的浸渗，然后继续升温到180℃，保温2h，完成胶接结构的固化成型。
采用超声波无损探伤设备对修理后的区域进行无损检测，结果表明，采用真空袋压工艺制备的胶接结构，胶接质量达到了内场维修中采用热压罐进行胶接固化时的质量水平，完全满足外场维修质量要求。
由实施例1和实施例2可知，本发明提出的一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，通过在补片和复合材料本体间的胶膜表面施加一层导气材料，使得在真空袋压工艺下，封闭在补片和复合材料本体间的气体、挥发性组分等可能形成胶接缺陷的因素被可靠排出，大大提高了胶接修理结构的内部质量。该胶接修理方法可应用于复合材料结构的外场维修，提高了复合材料胶接修理的可靠性及使用寿命，具有很高的社会效益和经济效益。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
(1)结构封装：对复合材料本体(1)进行表面处理，在其表面铺放修理用的胶膜(3)，然后在胶膜的表面铺贴一层导气材料(4)，然后放置预先处理好的补片(2)，最后按照真空袋压工艺进行封装；
(2)成型工艺：设置真空袋压工艺的真空压力、保温温度及保温时间，使胶膜(3)逐步浸渍导气材料(4)，直至浸渍完成，然后升温完成固化，形成胶接修理结构。
2.根据权利要求1所述的一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，其特征在于，所述表面处理的方法为：采用机械加工的方法去除复合材料本体(1)损伤周边的材料，对加工后的复合材料本体(1)表面进行打磨处理后，采用有机溶剂对打磨表面进行清理。
3.根据权利要求1所述的一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，其特征在于，上述步骤(1)中，在胶膜(3)的表面铺贴一层导气材料(4)，包括在胶膜(3)上表面和/或下表面铺贴一层导气材料(4)。
4.根据权利要求1所述的一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，其特征在于，上述步骤(1)中的导气材料(4)为热塑性纤维形成的无纺布或者网格布中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，其特征在于，所述导气材料(4)的厚度小于胶膜(3)的厚度。
6.根据权利要求1所述的一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，其特征在于，上述补片(2)为多层预浸料铺叠后的叠片结构。
7.根据权利要求1所述的一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，其特征在于，上述步骤(2)中，设置真空袋压工艺的真空压力时，真空度不低于0.09MPa。
8.根据权利要求1所述的一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，其特征在于，上述步骤(2)中，所述保温温度为胶膜黏度在100-500Pa·s对应的温度区间中的任一温度。
9.根据权利要求1所述的一种适用于真空袋压工艺的复合材料胶接修理方法，其特征在于，所述保温时间为保温开始时间至胶膜完成对导气材料的浸渗的时间。
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