一种复合材料内部蜂窝脱粘断裂的外场修复方法

文档序号:15007 发布日期:2021-09-21 浏览:25次 >En<

阅读说明:本技术 一种复合材料内部蜂窝脱粘断裂的外场修复方法 (Outfield repairing method for debonding and breaking of honeycomb in composite material ) 是由 卫新亮 张智敏 刘毅 侯振宇 宋刚 李稳 梅昌松 于 2021-06-29 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种复合材料内部蜂窝脱粘断裂的外场修复方法,包括S1,去除蜂窝损伤区域的上面板;S2,在蜂窝断裂区周边注入环氧树脂,用冷风将环氧树脂吹入下面板;对蜂窝断裂区采用环氧树脂与空心微球填料的混合体进行胶接,抽真空完成下面板和蜂窝结构、蜂窝断裂区的胶接;S3,将玻璃纤维布按照去除蜂窝损伤区域的形状进行裁剪,制作补片,完成补片的胶接。本发明以湿法注胶、胶接和铺层实现对复合材料内部蜂窝脱粘断裂的修理,可满足强度和形状要求,修理后的结构增重很小,还保持了原来的气动外形。(The invention discloses an outfield repairing method for debonding and breaking of a honeycomb in a composite material, which comprises the steps of S1, removing an upper panel of a honeycomb damaged area; s2, injecting epoxy resin around the honeycomb fracture zone, and blowing the epoxy resin into the lower panel by cold air; the honeycomb fracture zone is glued by adopting a mixture of epoxy resin and hollow microsphere filler, and the gluing of the lower panel, the honeycomb structure and the honeycomb fracture zone is finished by vacuumizing; and S3, cutting the glass fiber cloth according to the shape of the honeycomb damage area, manufacturing a patch and finishing the gluing of the patch. The invention realizes the repair of the debonding and breaking of the honeycomb in the composite material by wet glue injection, glue joint and layering, can meet the requirements of strength and shape, has small weight gain of the repaired structure, and also keeps the original pneumatic appearance.)

一种复合材料内部蜂窝脱粘断裂的外场修复方法

技术领域

本发明涉及纤维增强树脂基复合材料修理,具体为蜂窝夹层结构复合材料的内部蜂窝脱粘断裂修理步骤及方法。

背景技术

蜂窝夹层结构作为典型的复合材料轻质结构,在航空航天以及军事装备领域得到十分广泛的应用,对促进结构的轻量化和高性能化起到至关重要的作用。由于设计、工艺、人为、自然老化等等因素的影响,复合材料在制造和使用过程中不可避免会产生部分缺陷及损伤,造成上下纤维面板分层和蜂窝断裂。

现代航空器的复合材料结构逐步朝着整体化的方向发展,直接更换受损伤的复合材料结构件不再是一个经济的选择。复合材料结构件的一体化趋势对损伤修理提出很大的挑战,更换新构件普遍存在着费用高、周期长、备件缺乏等问题,直接影响装备完好率。对于受损的机身复合材料结构,为增强其安全性、可靠性,保证其在使用寿命周期内的正常使用,复合材料结构需要具保持良好的性能结构,对于发生的损伤必须进行及时修理。

现有技术对于蜂窝发生断裂的情况,尚未有明确的方案,可参考的方案也存在着维修成本高、程序复杂、针对性不强等问题,并不适用于蜂窝夹层结构复合材料的双侧面板脱粘及蜂窝断裂情况。

发明内容

为了解决现有技术的不足,本发明提出一种蜂窝夹层结构复合材料内部蜂窝脱粘断裂的修理方案及步骤,克服现有维修方案存在的成本高、程序复杂、针对性不强等问题。该方法可实现对蜂窝脱粘断裂的有效恢复,实现维修过程的低成本、便捷和有效性,外场实施快速保质。

为达到上述目的,本发明采用了以下技术方案:

一种复合材料内部蜂窝脱粘断裂的外场修复方法,包括以下步骤:

S1,去除蜂窝损伤区域的上面板;

S2,在蜂窝断裂区周边注入环氧树脂,用冷风将环氧树脂经蜂窝孔吹至脱粘的下面板;对蜂窝断裂区采用环氧树脂与空心微球填料混合体进行胶接,其中空心微球填料重量占环氧树脂重量的10~20wt%,然后组装真空袋,抽真空完成下面板和蜂窝结构、蜂窝断裂区的胶接;

S3,将玻璃纤维布按照去除蜂窝损伤区域的形状进行裁剪,制作阶梯搭接式玻璃纤维预浸料补片,完成对上面板受损部分的胶接。

作为本发明的进一步改进,步骤S1之前还包括损伤区域检查步骤,损伤区域检查步骤具体包括:

清理待修区域的上表面,并标记待修理的轮廓,打磨去除超过修理区域表面漆层,将除去漆层的区域清理干净,然后用丙酮清洁。

作为本发明的进一步改进,步骤S1具体包括:

将上面板损伤的纤维布打磨掉,得到光滑区域,清洁修理区,用丙酮清洁修理面,用热风机干燥胶接面。

作为本发明的进一步改进,步骤S1和S2之间还包括除湿处理,除湿处理具体包括:

在修理区域施加一个受控热源,干燥修理区域。

作为本发明的进一步改进,步骤S3之后还包括检测步骤,检测步骤具体包括:

固化完成后,去除修理区域的辅助材料,采用敲击的检测方法检验完成的修理,确定不存在空隙或者胶接缺陷。

作为本发明的进一步改进,步骤S3之后还包括后续表面处理步骤,后续表面处理步骤具体包括:

打磨修理区域和边缘的多余树脂,并将修理区域与相邻表面融为一体,对修理区域刮覆腻子,干燥打磨后进行表面补漆。

本发明的有益效果有以下几点:

本发明一种蜂窝夹层结构复合材料的内部蜂窝脱粘断裂修理方法,先进行蜂窝损伤区域的上面板去除及清理,再将环氧树脂注入进行下面板的粘接,然后对蜂窝断裂区采用环氧树脂与空心微球填料的混合体进行胶接,最后对上面板进行阶梯式补片的胶接。具有维修方案成本低、程序简单、针对性强等优点。该方法可实现对蜂窝双侧面板脱粘及断裂的有效恢复,实现维修过程的低成本和便捷,外场实施快速有效。本发明以湿法注胶、胶接和铺层实现对断裂蜂窝的修理,可满足强度要求,尤其是采用空心微球混合填料,保证修复断裂区的情况下,即保证了原有蜂窝夹层结构复合材料的强度,又使得修理后的结构增重很小,还保持了原来的气动外形。

附图说明

图1:蜂窝断裂示意图;

图2:下面板及蜂窝断裂处胶接示意图;

图3:上面板胶接示意图。

其中,1、为上面板,2、蜂窝断裂区,3、为下面板,4为补片,5为蜂窝结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。所述实施例仅用于解释本发明,而非对本发明保护范围的限制。

本发明的技术方案按照以下流程进行:损伤区域检查——修补区域表面清理——除湿处理(修理材料-工具准备)——下面板真空胶接——断裂蜂窝的粘连——上面板1修补实施——检验——后续表面处理进行。

本发明具体涉及一种蜂窝夹层结构复合材料内的纸蜂窝与上下面板脱粘、蜂窝发生断裂的修理方法。本发明在修理过程中首先把发生脱粘的上部纤维面板去除,进行断裂蜂窝的清洁及干燥,依据需要将一定量的EA9396环氧树脂通过蜂窝孔注入至脱粘的下层面板并将环氧树脂吹均匀,接着用EA9396与17号空心微球的混合胶完成下面板和断裂蜂窝处的胶接式拼接,然后进行真空系统铺设,利用负压将下面板及断裂蜂窝完成胶接固化,最后制作补片以真空方式实现对修理区域的上部面板恢复。本发明以湿法注胶、胶接和铺层实现对断裂蜂窝的修理,可满足强度要求,修理后的结构增重很小,还保持了原来的气动外形。

本发明提出了一种蜂窝夹层结构复合材料的内部蜂窝断裂修理过程及方法,其步骤为:

步骤一:清理待修区域的上表面,用标记带将待修理的轮廓贴出来,用砂纸打磨去除超过修理区域50mm以内的表面漆层,将除去漆层的区域用吸尘器清理干净,然后用丙酮清洁;

步骤二:去除蜂窝损伤区域的上面板1,选择手术刀、剪刀和打磨机,将损伤的纤维布打磨掉,得到光滑区域,明确损伤类型,用吸尘器清洁修理区,用丙酮清洁修理面,用热风机干燥胶接面;

步骤三:修理材料的注入,在蜂窝结构的5蜂窝孔注入环氧树脂,用冷风机将树脂吹入下部玻璃纤维面板,对断裂的蜂窝处2采用EA9396环氧树脂与17号空心微球的混合体进行胶接,随后组装抽真空系统,完成下面板和蜂窝结构、蜂窝断裂区的胶接;

步骤四,将玻璃纤维布按照上部待修区域的形状进行裁剪,制作补片4,组装真空袋系统,完成玻璃纤维布与母体的胶接;

步骤五,后续表面处理,轻轻打磨修理区域的边缘,并将修理区域与相邻表面融为一体,按照特定部件的要求对修理区域进行表面挂腻子、补漆。

其中,空心微球填料重量占环氧树脂重量的10~20wt%。环氧树脂为EA9396环氧树脂。

现结合附图具体阐释该方法的实现过程,以下作为实例,并不作为具体限定。

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:

实施例1

步骤一:修补区域表面清理,从损伤表面用无绒抹布去除所有的尘屑,用丙酮进行清洁;用标识带将待修理的轮廓贴出来,以保护周围未损伤区域;用180号砂纸打磨去除超过修理区域50mm以内的表面漆层,将除去漆层的区域用吸尘器清理干净,然后用丙酮清洁;注意不要使用化学脱漆剂。

步骤二:损伤清除,选择手术刀、剪刀和打磨机,将损伤的玻璃纤维布打磨掉,得到光滑区域,受损区域的面积为200mm×300mm,下部面板脱粘,其中蜂窝存在4条断裂缝隙;用吸尘器清洁修理区,用丙酮清洁修理面,用热风机干燥胶接面(如图1所示)。

步骤三:除湿处理,在修理区域施加一个受控热源(电吹风或辐射灯),干燥修理区域不少于1小时。

步骤四:修理材料的准备,利用注射器沿蜂窝孔5向下注入环氧树脂,用冷风机将树脂吹入下部面板3,使其与下面板3胶接,注意沿不同方向重复这一动作,使环氧树脂在下面板均匀分布;对断裂的4条蜂窝缝隙,采用EA9396环氧树脂与其重量15wt%17号空心微球填料的混合体进行胶接(如图2所示);将修理区域用隔离膜、密封胶进行封装,留出抽真空管,与真空泵进行连接,完成下部面板和断裂的蜂窝胶接。

步骤五:玻璃纤维布与母体构件利用EA9396进行胶接,将玻璃纤维布按照待修区域的形状进行裁剪,用聚乙烯塑料膜辅助制作阶梯搭接式玻璃纤维预浸料补片4,搭接区域宽度12mm,随后组装抽真空系统,完成上面板1的修补(如图3所示)。

如图3所示,阶梯搭接式补片4采用上大下小的玻璃纤维布叠层构成。

步骤六:固化完成后,去除修理区域的辅助材料。采用敲击的检测方法检验完成的修理,确定不存在空隙或者胶接缺陷。

步骤七:用砂纸打磨修理区域和边缘的多余树脂,并将修理区域与相邻表面融为一体,注意不要造成损伤;按照特定部件的要求对修理区域刮覆腻子,干燥打磨后进行表面补漆。

采用随修理区域设置类似搭接试样的方式进行拉伸性能取样测试,结果表明试样断口未发生层间分离,断裂处在试样中部,部分玻璃纤维以拔出的方式断裂,拉伸强度与原始状态一致,说明胶结良好。采用以上步骤已完成了对某型机顶棚蜂窝脱粘及断裂的有效修复,已经过经1年以上的使用,未发生任何问题,说明修理质量良好。

实施例2

步骤一:修补区域表面清理,从损伤表面用无绒抹布去除所有的尘屑,用丙酮进行清洁;用标识带将待修理的轮廓贴出来,以保护周围未损伤区域;用180号砂纸打磨去除超过修理区域45mm的表面漆层,将除去漆层的区域用吸尘器清理干净,然后用丙酮清洁;注意不要使用化学脱漆剂。

步骤二:损伤清除,选择手术刀、剪刀和打磨机,将损伤的玻璃纤维布打磨掉,得到光滑区域,损伤区域面积150mm×250mm,下面板存在50mm×80mm的脱粘区,其中蜂窝断裂2处;用吸尘器清洁修理区,用丙酮清洁修理面,用热风机干燥胶接面(如图1所示)。

步骤三:除湿处理,在修理区域施加一个受控热源(电吹风或辐射灯),干燥修理区域1.2小时。

步骤四:修理材料的准备,利用注射器沿蜂窝孔5向下注入环氧树脂,用冷风机将树脂吹入下部面板3,使其与下面板3胶接,注意沿不同方向重复这一动作,使环氧树脂在下面板均匀分布;对断裂的蜂窝采用EA9396环氧树脂与其重量10wt%17号空心微球填料的混合体进行胶接(如图2所示);将修理区域用透气毡、隔离膜、密封胶条等进行封装,留出抽真空管,与真空泵进行连接,完成下部面板和断裂的蜂窝胶接。

步骤五:玻璃纤维布与顶棚母体利用EA9396进行胶接,将玻璃纤维布按照待修区域的形状进行裁剪,用聚乙烯塑料膜制作阶梯搭接式玻璃纤维预浸料补片4,搭接区域宽度13mm,随后组装抽真空系统,完成上面板1的修补(如图3所示)。

如图3所示,阶梯搭接式补片4采用上大下小的玻璃纤维布叠层构成。

步骤六:固化完成后,去除修理区域的辅助材料。采用敲击的检测方法检验完成的修理,确定不存在空隙或者胶接缺陷。

步骤七:用砂纸打磨修理区域和边缘的多余树脂,并将修理区域与相邻表面融为一体,注意不要造成损伤;按照特定部件的要求对修理区域刮覆腻子,干燥打磨后进行表面补漆。

采用以上步骤已完成了对某型机发动机整流罩脱粘及断裂的有效修复,已经过1年以上的使用,未发生任何问题,说明修理质量良好。

实施例3

步骤一:修补区域表面清理,从损伤表面用无绒抹布去除所有的尘屑,用丙酮进行清洁;用标识带将待修理的轮廓贴出来,以保护周围未损伤区域;用180号砂纸打磨去除超过修理区域40mm的表面漆层,将除去漆层的区域用吸尘器清理干净,然后用丙酮清洁;注意不要使用化学脱漆剂。

步骤二:损伤清除,选择手术刀、剪刀和打磨机,将损伤的玻璃纤维布打磨掉,得到光滑区域,受损区域面积100mm×150mm,下面板脱粘区50×50mm,蜂窝断裂1处;用吸尘器清洁修理区,用丙酮清洁修理面,用热风机干燥胶接面(如图1所示)。

步骤三:除湿处理,在修理区域施加一个受控热源(电吹风或辐射灯),干燥修理区域1.2小时。

步骤四:修理材料的准备,利用注射器沿蜂窝孔5向下注入环氧树脂,用冷风机将树脂吹入下部面板3,使其与下面板3胶接,注意沿不同方向重复这一动作,使环氧树脂在下面板均匀分布;对断裂的蜂窝采用EA9396环氧树脂与其重量20wt%17号空心微球填料的混合体进行胶接(如图2所示);将修理区域用透气毡、隔离膜、密封胶条等进行封装,留出抽真空管,与真空泵进行连接,完成下部面板和断裂的蜂窝胶接。

步骤五:玻璃纤维布与顶棚母体利用EA9396进行胶接,将玻璃纤维布按照待修区域的形状进行裁剪,用聚乙烯塑料膜制作阶梯搭接式玻璃纤维预浸料补片4,搭接区域宽度15mm,随后组装抽真空系统,完成上面板1的修补(如图3所示)。

如图3所示,阶梯搭接式补片4采用上大下小的玻璃纤维布叠层构成。

步骤六:固化完成后,去除修理区域的辅助材料。采用敲击的检测方法检验完成的修理,确定不存在空隙或者胶接缺陷。

步骤七:用砂纸打磨修理区域和边缘的多余树脂,并将修理区域与相邻表面融为一体,注意不要造成损伤;按照特定部件的要求对修理区域刮覆腻子,干燥打磨后进行表面补漆。

采用以上步骤已完成了对某型机的主减速器处整流罩蜂窝脱粘及断裂的有效修复,经1年以上的使用,未发现任何问题,说明修理质量良好。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

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