CN114013170B - 蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，包括：去除复合材料层板中的损伤区域，形成修补腔体；在所述修补腔体中填充下层预浸料，并对所述下层预浸料进行固化处理；在所述下层预浸料上依次放置修补蜂窝夹芯和上层预浸料，并对所述修补蜂窝夹芯和所述上层预浸料进行固化处理，其中，所述修补蜂窝夹芯高于原蜂窝夹芯结构。本发明实现了修补的蜂窝夹芯的高度高于原有的蜂窝夹芯结构的高度，使得修补后的损伤部位的结构与原有的结构不同，同时利用了面板的高强度和刚度，及蜂窝夹芯结构的抗冲击和抗剪应力的特点，使修复部位刚度高于未损伤部位，避免同一部位再次造成损伤，提高了已损伤部位的刚度，增加复合材料层板修复后的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料修复技术领域，尤其涉及一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法。
背景技术
蜂窝夹芯结构复合材料是由蜂窝夹芯和上下两块高强度的复合材料层板通过粘接剂胶接而成，在大大降低材料重量的同时，能够提供较高的刚度，被广泛应用于航空结构中。
然而，在复合材料使用过程中，其需反复承受载荷等作用，会不可避免地产生局部损伤和微裂纹等。目前对复合材料损伤的修复方法主要包括：胶接贴补法、挖补法、树脂注射法以及表面涂层法等。现有的修复方法在修复复合材料过程中，通过填补损伤蜂窝、修理蜂窝、进行铺层等工艺步骤以恢复原复合材料结构。这使得修补后的损伤部位的结构与原有的结构相同，刚度并没有得到增强，容易再次出现损伤。
发明内容
本发明提供一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，用以解决现有技术中的复合材料损伤修复存在修补后的损伤部位的结构与原有的结构相同，导致刚度没有得到增强，容易再次出现损伤等缺陷，实现了修补的蜂窝夹芯的高度高于原有的蜂窝夹芯结构的高度，使得修补后的损伤部位的结构与原有的结构不同，使得修复部位刚度高于未损伤部位，避免同一部位再次造成损伤，提高了已损伤部位的刚度，增加其修复后的使用寿命。
本发明提供一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，包括：
去除复合材料层板中的损伤区域，形成修补腔体；
在所述修补腔体中填充下层预浸料，并对所述下层预浸料进行固化处理；
在所述下层预浸料上依次放置修补蜂窝夹芯和上层预浸料，并对所述修补蜂窝夹芯和所述上层预浸料进行固化处理，其中，所述修补蜂窝夹芯高于原蜂窝夹芯结构。
根据本发明提供的一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，所述修补腔体的横截面积沿着所述上层板到所述下层板的方向逐渐减小。
根据本发明提供的一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，所述去除复合材料层板中的损伤区域，形成修补腔体步骤之前，还包括有：确定所述复合材料层板的损伤位置，并对所述复合材料层板进行水分去除处理。
根据本发明提供的一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，在所述去除复合材料中的损伤区域步骤之前，还包括有：在损伤区域的周围粘贴护条。
根据本发明提供的一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，所述形成修补腔体步骤之后，还包括：对所述修补腔体进行锥度砂光，并将周围的破损清理干净。
根据本发明提供的一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，所述对下层预浸料进行固化处理步骤，还包括：在所述下层预浸料的周围填充粘合剂，在所述下层预浸料上压放金属块，将真空袋覆盖在所述修补腔体的上表面，通过热补仪加热并固化所述下层预浸料，固化结束后去除所述金属块。
根据本发明提供的一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，所述在所述下层预浸料上依次放置修补蜂窝夹芯和上层预浸料，并对所述修补蜂窝夹芯和所述上层预浸料进行固化处理，其中，所述修补蜂窝夹芯高于原蜂窝夹芯结构步骤之后，还包括：对修复部位进行检查，并涂上表面漆和导电涂层。
根据本发明提供的一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，所述下层预浸料、所述上层预浸料、所述下层板和所述上层板的材料相同，所述修补蜂窝夹芯和所述原蜂窝夹芯结构的材料相同。
根据本发明提供的一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，所述下层预浸料设置在所述下层板上，所述上层预浸料的上表面和所述上层板的上表面平齐。
根据本发明提供的一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，所述下层预浸料、所述修补蜂窝夹芯和所述上层预浸料的侧壁面均通过粘合剂和周围的材料固定连接。
根据本发明提供的一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，通过去除复合材料层板中的损伤区域，形成修补腔体。然后先将相应数量的下层预浸料固化在修补腔体的底部，然后将修补蜂窝夹芯放置在下层预浸料上，进而使得修补蜂窝夹芯的上表面高于原蜂窝夹芯结构的上表面。然后将上层预浸料放置在修补蜂窝夹芯上，然后再次进行固化处理，使得修补蜂窝夹芯和上层预浸料被固定在修补腔体中。
进而实现了修补的蜂窝夹芯的高度高于原有的蜂窝夹芯结构的高度，使得修补后的损伤部位的结构与原有的结构不同，同时利用了面板的高强度和刚度，以及蜂窝夹芯结构的抗冲击和抗剪应力的特点，使得修复部位刚度高于未损伤部位，避免同一部位再次造成损伤，提高了已损伤部位的刚度，增加了复合材料层板修复后的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法的流程图；
图2是本发明提供的蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法的剖视图；
图3是本发明提供的蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法的部分结构爆炸示意图；
附图标记：
1：上层板； 2：原蜂窝夹芯结构； 3：下层板；
4：修补腔体； 5：下层预浸料； 6：修补蜂窝夹芯；
7：上层预浸料； 8：护条； 9：金属块；
10：真空袋。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
复合材料层板包括有从上到下依次设置的上层板1、原蜂窝夹芯结构2和下层板3。复合材料层板在使用过程中，原蜂窝夹芯结构2容易出现损伤，需要对损伤区域进行修复，进而使得复合材料层板可以继续正常使用。
下面结合图1至图3描述本发明的蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法。
如附图1、附图2和附图3所示，蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法包括：
S1：去除复合材料层板中的损伤区域，形成修补腔体；
在使用时，先确定复合材料层板的损伤位置，然后将损伤区域修剪掉或挖掉，在去除损伤区域时，只将损伤区域处的蜂窝夹芯结构以及蜂窝夹芯结构上方的上层板1去除，进而形成修补腔体4，即修补腔体4的底部就是下层板3的上表面。且修补腔体4的形状根据实际中的损伤区域的形状相匹配，保证损伤区域位于修补腔体4的中心处。
S2：在修补腔体中填充下层预浸料，并对下层预浸料进行固化处理；
在使用时，将至少一层的下层预浸料5放置在修补腔体4的底部，下层预浸料5的层数可以根据实际情况而定。然后再下层预浸料5的周围以及两两下层预浸料5之间设置有粘合剂，使得下层预浸料5和修补腔体4周围的原蜂窝夹芯结构2固定连接在一起，保证两两下层预浸料5之间连接稳固。然后再对下层预浸料5进行初次烘干固化，保证了下层预浸料5与周围材料的连接强度，且避免了后期再进行烘干加固可能会导致的下层预浸料5烘干加固不彻底的问题出现。
S3：在下层预浸料上依次放置修补蜂窝夹芯和上层预浸料，并对修补蜂窝夹芯和上层预浸料进行固化处理，其中，修补蜂窝夹芯高于原蜂窝夹芯结构。
在使用时，先将相应数量的下层预浸料5固化在修补腔体4的底部，然后将修补蜂窝夹芯6放置在下层预浸料5上，进而使得修补蜂窝夹芯6的上表面高于原蜂窝夹芯结构2的上表面。修补蜂窝夹芯6高出原蜂窝夹芯结构2的高度可以通过调整下层预浸料5的数量进行调整，下层预浸料5的数量的越多，则修补蜂窝夹芯6就越高。然后将上层预浸料7放置在修补蜂窝夹芯6上，然后再次进行固化处理，使得修补蜂窝夹芯6和上层预浸料7被固定在修补腔体4中。
进而实现了修补的蜂窝夹芯的高度高于原有的蜂窝夹芯结构的高度，使得修补后的损伤部位的结构与原有的结构不同，同时利用了面板的高强度和刚度，以及蜂窝夹芯结构的抗冲击和抗剪应力的特点，使得修复部位刚度高于未损伤部位，避免同一部位再次造成损伤，提高了已损伤部位的刚度，增加了复合材料层板修复后的使用寿命。
其中，如附图2所示，修补腔体4的体积大于损伤区域，损伤区域位于修补腔体4的中心位置。在使用时，根据损伤区域的体积确定所要挖切的修补腔体4的体积，使得修补腔体4可以将损伤区域包裹在内，后续可以在损伤区域与下层板3之间设置下层预浸料5，然后再安装修补蜂窝夹芯6，使得修补蜂窝夹芯6会高于原蜂窝夹芯结构2，进而使得修补后的损伤部位的结构与原有的结构不同，提高了修补后的损伤部位的刚度。
其中，如附图2所示，修补腔体4的横截面积沿着上层板1到下层板3的方向逐渐减小。在使用时，由于复合材料层板发生损伤时一般都是由外到内的，因此复合材料层板的损伤区域的横截面积沿着上层板1到原蜂窝夹芯结构2的方向逐渐减小。进而将修补腔体4设计成与损伤区域相匹配的横截面积从外到内逐渐减小的立体结构，可以有效减少对损伤区域之外的其他区域的影响。
进一步的，步骤S1之前还包括有：确定复合材料层板的损伤位置，并对复合材料层板进行水分去除处理。在使用时，通过超声波检测的方法确定复合材料层板中的损伤位置，以便后续准确的去除损伤区域。通过抽真空干燥的方法去除复合材料层板中的水份，有效的防止了在固化过程中水分沸腾对复合材料层板造成更大的损害。同时避免了蜂窝夹芯内部的水份在低温下冻结而导致层板断裂的情况出现。
其中，抽真空干燥方法主要是通过在复合材料层板的损伤区域依次铺置热电偶、透气布、热毯和真空包，进而实现对复合材料层板的真空干燥处理。
其中，在本发明的可选实施例中，可以通过x射线、背光或湿度检测器对复合材料层板的损伤区域进行水分检测。进而可以实时得知复合材料层板内是否有水分的存在，进而可以及时的对复合材料层板进行水分去除处理，避免水分对复合材料层板的修复造成影响。也可以在水分去除处理步骤之后再次对损伤区域进行水分检测，进而充分保证复合材料层板内没有水分的存在。
进一步的，如附图2所示，在去除复合材料中的损伤区域步骤之前，包括有：在损伤区域的周围粘贴护条8。在使用时，护条8可以对损伤区域周围的结构起到保护作用，避免在对损伤区域进行修复操作时对其他区域造成影响。
进一步的，形成修补腔体4步骤之后，还包括：对修补腔体4进行锥度砂光，并将周围的破损清理干净。在使用时，根据复合材料层板的损伤区域所在位置挖切出初期修补腔体4，然后对初期修补腔体4进行锥度砂光，以5°-20°锥度角度将周围的破损清理干净，形成一个横截面积逐渐缩小的修补腔体4，使得修补腔体4在将损伤区域包括在内的同时体积最小化，减少了对其他区域的影响。
进一步的，对下层预浸料5进行固化处理步骤，包括：在下层预浸料5的周围填充粘合剂，在下层预浸料5上压放金属块9，将真空袋10覆盖住修补腔体4的上表面，通过热补仪加热并固化下层预浸料5，固化结束后去除金属块9。在使用时，先通过粘合剂将下层预浸料5初步固定在修补腔体4的底部，然后将金属块9放置在下层预浸料5上，确保了下层预浸料5在加热固化的过程中不会发生变形，确保了下层预浸料5的固化效果。
进一步的，对修补蜂窝夹芯6和上层预浸料7进行固化处理步骤，包括：将真空袋10安装在上层预浸料7的上表面，并通过热补仪加热并固化修补蜂窝夹芯6和上层预浸料7。
进一步的，步骤S3之后，还包括：对修复部位进行检查，并涂上表面漆和导电涂层。在使用时，通过肉眼或机器设备对修复位置进行检查，确保没有坑、水泡，树脂丰富和缺乏树脂的地区。然后轻轻打磨固化后的上层预浸料7，以产生光滑的表面，而不损害纤维。
其中，在本发明的可选实施例中，可以使用目视、抽检和/或超声波检查修复情况。但是应当了解，其他任何合适的检查修复的方法都适用于本发明。
其中，下层预浸料5、上层预浸料7、下层板3和上层板1的材料相同，修补蜂窝夹芯6和原蜂窝夹芯结构2的材料相同。在使用时，材料相同使得下层预浸料5可以更好的与下层板3以及周围的结构的结合能力，使得上层预浸料7可以更好的与周围的结构的结合能力，提高了修补蜂窝夹芯6与原蜂窝夹芯加固的结合能力。
其中，如附图2和附图3所示，上层预浸料7的横截面积大于修补蜂窝夹芯6的横截面积，修补蜂窝夹芯6的横截面积大于下层预浸料5的横截面积。
其中，如附图2所示，下层预浸料5设置在下层板3上，上层预浸料7的上表面和上层板1的上表面平齐。在使用时，下层预浸料5安装在下层板3上，修补蜂窝夹芯6安装在下层预浸料5上，进而使得修补蜂窝夹芯6高于原蜂窝夹芯结构2。上层预浸料7的上表面与上层板1的上表面保持平齐，使得修复完成后的复合材料层板的表面光滑。
其中，在本发明的可选实施例中，下层预浸料5、修补蜂窝夹芯6和上层预浸料7的侧壁面均通过粘合剂和周围的材料固定连接。但是应当了解，下层预浸料5、修补蜂窝夹芯6和上层预浸料7的侧壁面还可以通过其他合适的连接方式与周围的材料固定连接。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，其特征在于，包括：
去除复合材料层板中的损伤区域，将损伤区域处的蜂窝夹芯结构以及蜂窝夹芯结构上方的上层板去除，形成修补腔体，所述修补腔体的底部即为下层板的上表面，所述修补腔体的横截面积沿着所述上层板到所述下层板的方向逐渐减小；
在所述修补腔体中填充下层预浸料，将至少一层的所述下层预浸料放置在所述修补腔体的底部，并对所述下层预浸料进行固化处理，使得所述下层预浸料和所述修补腔体周围的原蜂窝夹芯结构固定连接在一起；
在所述下层预浸料上依次放置修补蜂窝夹芯和上层预浸料，并对所述修补蜂窝夹芯和所述上层预浸料进行固化处理，其中，所述修补蜂窝夹芯高于原蜂窝夹芯结构；
所述下层预浸料、所述上层预浸料、所述下层板和所述上层板的材料相同，所述修补蜂窝夹芯和所述原蜂窝夹芯结构的材料相同；
所述下层预浸料设置在所述下层板上，所述上层预浸料的上表面和所述上层板的上表面平齐。
2.根据权利要求1所述的蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，其特征在于，所述去除复合材料层板中的损伤区域，形成修补腔体步骤之前，还包括有：确定所述复合材料层板的损伤位置，并对所述复合材料层板进行水分去除处理。
3.根据权利要求1所述的蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，其特征在于，在所述去除复合材料中的损伤区域步骤之前，还包括有：在损伤区域的周围粘贴护条。
4.根据权利要求1所述的蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，其特征在于，所述形成修补腔体步骤之后，还包括：对所述修补腔体进行锥度砂光，并将周围的破损清理干净。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，其特征在于，所述对下层预浸料进行固化处理步骤，还包括：在所述下层预浸料的周围填充粘合剂，在所述下层预浸料上压放金属块，将真空袋覆盖在所述修补腔体的上表面，通过热补仪加热并固化所述下层预浸料，固化结束后去除所述金属块。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，其特征在于，所述在所述下层预浸料上依次放置修补蜂窝夹芯和上层预浸料，并对所述修补蜂窝夹芯和所述上层预浸料进行固化处理，其中，所述修补蜂窝夹芯高于原蜂窝夹芯结构步骤之后，还包括：对修复部位进行检查，并涂上表面漆和导电涂层。
7.根据权利要求1至4任意一项所述的蜂窝夹芯结构复合材料的损伤修复方法，其特征在于，所述下层预浸料、所述修补蜂窝夹芯和所述上层预浸料的侧壁面均通过粘合剂和周围的材料固定连接。
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