發布日期：2023-02-21 點擊率：63
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復合材料的固化
固化循環是用于固化熱固性樹脂體系或預浸料的時間、溫度、壓力循環。修補物的固化與原零件材料的固化同樣重要。不同于金屬修復的材料是預制的，復合材料修復需要技術人員制造材料。這包括所有的存儲、加工和質量控制功能。飛機維修的修復周期從材料儲存開始。儲存不當的材料在用于修復之前就會開始固化。所有的時間、溫度、要求必須滿足并記錄在案。參考飛機結構修理手冊，以確定需要修理的零件的正確修復周期。
01
室溫固化
室溫固化在節能和便攜方面最有利。室溫固化濕式鋪層修補不能恢復原來250°F（121℃）或350°F（176．67℃）固化組件的強度或耐久性，通常用于非關鍵組件的濕式玻璃纖維鋪層修補。室溫固化修復可以通過加熱來加速。在150°F（65．56℃）時達到最大性能。一個真空袋可以用來鞏固層板，并為空氣和揮發物逃逸提供一個路徑。
02
高溫固化
所有的預浸料都用高溫循環進行固化。一些濕鋪層修補使用升高的固化循環，以增加修復強度和加快固化過程。固化烤箱和熱粘結器使用真空袋來鞏固層板，并為空氣和揮發物逃逸提供一條路徑。高壓罐使用真空和正壓來鞏固層板，并為空氣和揮發物逃逸提供一條路徑。大多數加熱裝置使用可編程計算機控制運行固化循環。操作者可以從可用的修復周期菜單中進行選擇，也可以編寫自己的程序。
熱電偶放置在修復附近，它們為加熱裝置提供溫度反饋。復合材料的典型固化溫度為250°F（121℃）或350°F。（176．67℃）在烤箱或高壓罐中固化的大零件的溫度可能與在固化周期中的烤箱或高壓罐的溫度不同，因為它們的作用就像一個散熱器。零件的溫度對于正確的固化是最重要的，因此在零件上放置熱電偶來監測和控制零件的溫度。用于測量烘箱或高壓釜溫度的烘箱或高壓釜空氣溫度探針并不總是確定零件固化溫度的可靠設備。如果零件或工具充當散熱器，那么烘箱溫度和零件溫度會有很大的不同。
高溫固化周期至少包括三個部分：
?升溫：加熱裝置在設定溫度下升溫，通常在每分鐘3°F（－16．1℃）至5°F（－15℃）之間。
?保溫：加熱裝置在預定的時間內保持溫度。
?冷卻：加熱裝置在設定的溫度下冷卻。冷卻溫度通常低于每分鐘5°F。當加熱裝置低于125°F時，可拆卸該部件。當用高壓釜固化零部件時，請務必在打開門之前釋放高壓釜內的壓力。如圖53所示
圖53：高壓釜固化過程
固化過程是通過對層壓板施加熱量和壓力來完成的。隨著溫度的升高，樹脂開始軟化和流動。在較低的溫度下，很少發生反應。任何揮發性污染物，如空氣或水，在這段時間用真空從層壓板中抽出。通過施加壓力，通常是真空（大氣壓力）壓實層壓板；高壓釜施加額外的壓力，通常為50－100 psi。當溫度接近最終固化溫度時，反應速率大大增加，樹脂開始凝膠硬化。在最終固化時保持可以使樹脂完成固化并獲得所需的結構性能。
復合蜂窩夾層修補
目前航空航天復合材料部件中有很大一部分是易損壞的輕型夾層結構。由于夾層結構是粘結結構，面板較薄，通常通過粘結修復夾層結構的損傷。
對夾層蜂窩結構的修復使用了與最常見的面板材料類似的技術，如玻璃纖維、碳纖維和Kevlar?。凱夫拉纖維通常用玻璃纖維修復。如圖54所示。
圖54蜂窩夾層結構的典型修復
01
損傷的分類（級）
短期修復可以滿足強度要求，但受時間或飛行周期的限制。在修復的壽命結束時，必須拆除并更換修復。臨時修復可以恢復組件所需的強度。但是，這種修復不會恢復組件所需的持久性。因此，它有不同的檢查間隔或方法。永久修復是指恢復部件所需的強度和耐久性的修復。修復具有與原部件相同的檢查方法和間隔。
02
夾層（三明治）結構
堆心微損壞（填料和灌封修復）
封裝修復可用于修復小于0．5英寸的夾層蜂窩結構的損傷。蜂窩材料可以留在原地，也可以移除，用灌封化合物填充，以恢復一些強度。封裝修復不能恢復部件的全部強度。
灌封膠通常是環氧樹脂填充中空玻璃，酚醛或塑料微球，棉花，混合劑或其他材料。該灌封復合材料還可以用作裝飾修復邊緣和表皮面板的填充物。灌封膠也用于夾層蜂窩板作為螺栓和螺釘的硬點。灌封復合材料比原來的核心重，這可能影響飛行控制平衡。必須計算修復的重量，并與SRM規定的飛行控制重量和平衡限制進行比較。
03
一側或雙側面板的損傷需要更換和修復
注：以下步驟并不替代飛機特定結構維修手冊（SRM）。不要認為一個制造商使用的修理方法適用于另一個制造商。
步驟1：檢查損壞情況
薄層壓板可以進行目視檢查和敲擊測試，以確定損傷情況。如圖55所示，較厚的層壓板需要更深入的NDI方法，如超聲檢查。檢查損壞附近是否有水、油、燃料、污垢或其他異物進入。水可以用x光、背光或濕氣探測器來檢測。
圖55：敲擊測試技術
步驟2：清除損壞區域的水
在部件修復之前，需要將水從蜂窩芯中清除。如圖56所示，如果不除去水，在高溫固化循環過程中，水會沸騰，面板會膨脹芯板，造成更大的損壞。蜂窩芯中的水在高海拔地區的低溫下也會結冰，這可能會導致面板脫落。
圖56：真空袋法干燥零件
步驟3：移除損傷
把部件上的損壞部位修剪成圓角的光滑形狀，或圓形或橢圓形。不要損壞未損壞的層、芯或周圍材料。如芯核也損壞了，將芯核修剪成與芯皮相同的輪廓。如圖57所示：
圖57：清除核心損傷
步驟4：預置損壞區域
使用軟盤砂光機或旋轉墊砂光機在清理后的損傷周圍用均勻的錐度砂光。一些制造商給出了一個錐度比，如1：40，而另一些制造商則規定了一個錐度距離，如每層現有的錐度距離有1英寸的重疊。去除外部飾面，包括比錐度邊框至少大1英寸的區域的導電涂層。用干燥的壓縮空氣和吸塵器清除所有沙塵。使用沾有許可溶劑的干凈布清潔受損區域。如圖58所示：
圖58：打磨修復區域
步驟5：安裝蜂窩芯（濕鋪層）
用刀切割更換的芯子。芯塞必須與原芯具有相同的型號、等級和品級。芯細胞的方向應與周圍材料的蜂窩狀方向一致。塞形物必須修剪到合適的長度，并用認可的清潔劑進行溶劑清洗。
對于濕鋪層修補，剪下兩層適合未損壞表皮內表面的編織織物。用樹脂浸漬織物層，放在洞里。使用灌注化合物周圍的核心，并把它放在洞內。對于預浸料修補，剪下一片貼合孔的膠膜，在堵塞物周圍使用發泡膠粘劑。堵塞物應該碰到洞的兩側。將堵塞物的芯核與原初材料對齊。用真空袋修補區域，并使用烤箱、高壓釜或熱毯對更換的核心進行固化。濕鋪層修補可在室溫至150°F（65．56℃）下固化。預浸料修補必須在250°F（121℃）或350°F（176．67℃）下固化。通常，更換的核芯是單獨的周期固化，而不是與補丁共固化。在固化后，必須用磨砂將堵塞物與周圍區域齊平。如圖59所示：
圖59：核芯更換
步驟6：準備和安裝修復層
參考修理手冊，了解正確的修理材料和修理所需的層數。通常情況下，比原來安裝的層數多安裝一層。將層厚裁成正確的尺寸和方向。修理層厚的安裝方向必須與被修理的原層方向一致。用樹脂浸漬層，用于濕鋪層修復，或從預浸料中除去襯底材料。鋪層通常采用最小的鋪層第一錐度鋪層順序。如圖60所示：
圖60：修補安裝
步驟7：用真空袋裝好修補物
一旦鋪層材料到位，使用真空袋安裝來去除空氣和加壓修復固化。安裝真空袋說明請參見圖61。
圖61：真空處理
步驟8：固化修復
在所需的修復周期內修復。濕鋪層修補可在室溫下固化。可將溫度升高至150℉（65．56℃）以加速固化。預浸料修補需要在升高的固化周期內固化。如圖62所示，從飛機上取下需要修復的部件，可以在熱房間、烤箱或高壓釜中進行固化。加熱毯用于飛機上的維修。
固化后取出封裝材料，并檢查修補情況。修補應該沒有坑，水泡，樹脂盈虧的區域。用砂紙輕輕打磨修補補丁，使其表面光滑，不會損壞纖維。應用表面處理和導電涂層（防光波）。
圖62：固化修復
步驟9：維修后檢查
通常使用目視、輕拍或超聲波檢查來做修補厚的檢查。如果發現缺陷，則要拆除修復的補丁。如圖63所示：
圖63：維修后檢查
如果飛行控制面板進行了修復，請執行平衡檢查，并確保修復的飛行控制面板在SRM的范圍內。如果不這樣做，可能會導致飛行控制顫振，影響飛行安全。
未完待續
原文標題 : 先進復合材料講義（八）：復合材料的固化及復合蜂窩夾層修補
