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        碳纖維蜂窩夾芯板脫膠的修理方法

        2021-10-25 14:28:48

        碳纖維復合材料蜂窩夫層結構具有比強度、比剛度高等優異的力學性能,以及良好的隔音降噪、耐腐蝕和抗疲勞性能,該結構中還可以安裝嵌入件,使得承載較低、重量較小的設備易于安裝。目前,該結構已廣泛應用在直升機結構上,如艙門、口蓋、內飾、進氣道和整流罩等非承力結構,地板、蒙皮、框腹板、梁腹板、尾梁等承力結構。復合材料面板與蜂窩之間通過膠層連接,這使得兩者間的界面強度低,易發生脫膠。直升機在全壽命周期內,大多執行近地面飛行任務,容易受到來自地面異物的沖擊,導致復合材料蜂窩夾層結構發生脫膠。


          脫膠破壞了碳纖維復合材料蜂窩夾層結構的完整性,使其抗彎曲、抗剪切能力,尤其是抗壓縮能力嚴重下降。脫膠范圍會在載荷作用下不斷擴大,進而導致結構失效。因此,脫膠的修理尤為重要。


          脫膠缺陷/損傷的修理容限。碳纖維復合材料蜂窩夾層結構的修理要求較高,耗時費力,“過度”修理甚至會適得其反。因此修理前需要先確定修與不修、能修與不能修的界限,即修理容限。修與不修的界限需要根據結構受載情況,開展比對試驗確定;能修與不能修的界限則根據修理的技術難度和經濟成本確定。如F-18的修理指南規定脫膠缺陷/損傷直徑小于19mm可不修理,脫膠缺陷/損傷直徑大于75mm時報廢不能修。


          脫膠范圍的確定。脫膠修理前,需要通過目視、敲擊及無損檢測方法確定脫膠的程度。脫膠程度確認時,應注意:當兩處或兩處以上脫膠距離較近時,將其作為同一處脫膠處理;當一處脫膠跨域兩個結構分區時,按修理要求較高區域修理。



        碳纖維蜂窩夾芯板

          碳纖維復合材料蜂窩夾層結構脫膠主要有以下幾種修理方法:


          一、注射修理指用流動性和滲透性好的低粘度樹脂,注入脫膠區域并固化粘合的修理方法。該方法無需去除脫膠區域的材料,主要用于修理整流罩、艙門、口蓋和內飾等碳纖維復合材料制件上范圍較小的蜂窩脫膠。


          二、挖補法指將存在缺陷/損傷的碳纖維復合材料鋪層和蜂窩去除,并更換蜂窩及鋪層的方法。該方法因可以修復制件氣動外形,產生的修補應力較小,基本不存在偏心載荷,增重小等優勢而成為主流的復合材料結構修理方法,主要用于修理面積較大、情況較嚴重的缺陷/損傷,是蒙皮、腹板、尾梁等承力結構蜂窩脫膠的主要修理方法。


          有研究表明,按完好制件鋪層挖補法修理后,制件的承載能力恢復到完好制件的80~90%,其主要原因是由于挖補法在原有缺陷基礎上進一步擴孔,加大了損傷面積。使用該方法修理時,應考慮適當增加修理鋪層的數量,以保證制件修理后的強度。


          三、貼補法。指在結構缺陷/損傷的外部,通過膠接或膠接共固化來固定一外部補片以恢復結構的強度、剛度及使用性能。該方法主要用于對氣動外形要求不高復合材料制件的修理。



        碳纖維蜂窩夾芯板

          有研究表明,采用貼補法修理后(貼補鋪層與原鋪層相同),制件破壞模式與完好件相同,均發生在制件的非修理部位,說明經該方法修理后,貼補處已達到或超過母體的強度。目前常用的修理材料和修理方法往往需要在一定的溫度下完成固化,如120℃的中溫修理,但加溫設備往往對使用場地有要求,導致直升機必須在場站進行修理,甚至有些修理需要在廠內完成。這使得修理時間長,修理成本高。國內外已有研究表明,使用常溫固化的修理材料進行修理后,復合材料制件可以滿足使用要求。


          隨著軍用和民用直升機數量和碳纖維復合材料蜂窩夾層結構比重的增加,快速修理的意義日益突顯??焖傩蘩砜稍黾又鄙龣C的出勤率,降低成本。國內外都對復合材料快速修理進行了相關研究,主要方法有微波修理法、光固化預浸修理技術等。相信隨著復合材料修理技術的深入研究,直升機用碳纖維復合材料蜂窩夾層結構脫膠會實現低成本、又快又好地修理。


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