一種復合材料補片修補結(jié)構(gòu)及形成所述修補結(jié)構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復合材料修理領(lǐng)域，具體涉及一種在補片和受損復合材料結(jié)構(gòu)之間穿入縫線的補片修補結(jié)構(gòu)及形成所述修補結(jié)構(gòu)的方法，應(yīng)用所述方法制成的修補結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性和承載能力。
【背景技術(shù)】
[0002]樹脂基纖維增強先進復合材料具有比強度和比剛度高、可設(shè)計性強、良好的抗疲勞性能、抗腐蝕性好以及便于整體成型等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于飛機、導彈、火箭和人造衛(wèi)星等軍事領(lǐng)域，以及賽車、船舶、高速列車、橋梁和風電槳葉等民用領(lǐng)域。但由于其制造工藝及其使用特點，復合材料極易產(chǎn)生缺陷和損傷。這些缺陷和損傷大體包括三類，一類是包括表面劃傷、劃痕、裂痕、淺層裂口和凹痕等模式的表面損傷，一類是復合材料不同單層之間的分層損傷，還有一類是因纖維斷裂和破損而產(chǎn)生的裂縫、撕裂和缺口等鋪層損傷。對這些損傷的修復應(yīng)使修理后的結(jié)構(gòu)強度和剛度的恢復盡可能高，使結(jié)構(gòu)重量的增加盡可能小，還要恢復原結(jié)構(gòu)的使用功能。
[0003]把受損復合材料重新放置于熱壓罐進行修復，時間和金錢成本較高。而且被修理的零件可能會由于修理過程再造成新的損傷，如由于過熱和在某個溫度下過長的時間而導致分層或脫粘。因此，對于復合材料結(jié)構(gòu)的損傷更多依靠在現(xiàn)場進行修理。在現(xiàn)場修理方法中，樹脂注射法及填料填充法制用于對復合材料結(jié)構(gòu)力學性能影響較低的較小邊緣分層、脫粘和表面凹坑等損傷。對于復合材料大面積分層、纖維斷裂等嚴重損傷，實際工程中通常使用機械或膠接法進行修理。其中，機械修理法比較簡便，工藝性能比較穩(wěn)定，不受施工環(huán)境的影響。然而，應(yīng)用該方法進行修復，會在釘孔處產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中，而且會有緊固件的腐蝕問題，壽命相對較短。因此，機械修理法通常作為臨時修理用來滿足緊急情況。膠接修理包括貼補和挖補兩種修理方法。應(yīng)用膠接修理法修補的結(jié)構(gòu)，壽命較長，通常作為永久修理使用。然而，這種修理結(jié)構(gòu)靠膠層傳遞補片與被修理復合材料結(jié)構(gòu)之間的載荷，因此，可靠性低、對環(huán)境敏感，膠層損傷不易檢測。另外，貼補修理所使用的外搭補片和挖補修理所使用的嵌入補片的端部均要求比較小的楔形角(尖稍比一般為15:1)，以降低端部應(yīng)力集中。較小的楔形角導致補片尺寸較大(如對于直徑為20毫米的損傷，補片的直徑大約為60-80毫米)，導致貼補修理增重較多，挖補修理需要去除大量未損傷材料，并且難以恢復到原來強度，提高結(jié)構(gòu)風險，。
[0004]因此，需要發(fā)展可靠的復合材料補片修理結(jié)構(gòu)和方法，降低補片尺寸，提高修理的效果，從而更大程度地恢復或提高修理后復合材料結(jié)構(gòu)的力學性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，克服目前復合材料膠接修理法可靠性低、對環(huán)境敏感和增重較多等缺點，而提供一種新型復合材料結(jié)構(gòu)補片結(jié)構(gòu)和新方法，降低補片尺寸和結(jié)構(gòu)重量，并提高復合材料修理結(jié)構(gòu)的可靠性和承載能力。
[0006]
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種復合材料補片修補結(jié)構(gòu)，其特征在于:
a，修補結(jié)構(gòu)由被修理受損復合材料結(jié)構(gòu)、復合材料補片、復合材料補片與復合材料結(jié)構(gòu)之間的膠以及浸漬膠粘劑的縫線組成；
b，縫線穿過復合材料補片和復合材料結(jié)構(gòu)，并通過縫線上的膠粘劑與復合材料補片和復合材料結(jié)構(gòu)粘結(jié)在一起。
[0007]進一步地，所述縫線的直徑為0.5-1.5毫米，保證強度的同時，對所穿過的復合材料補片和復合材料結(jié)構(gòu)的面內(nèi)力學性能影響較小。
[0008]進一步地，所述縫線的材料包括浸漬膠粘劑的玻璃纖維束、碳纖維束、硼纖維束和芳綸纖維束等。
[0009]進一步地，所述補片的尺寸較小，尖稍比較小，為1:1至8:1，從而降低補片的尺寸和重量以及修理工作量。
[0010]進一步地，所述補片的包括外搭補片和嵌入補片，對應(yīng)的修理類型分別為貼補修理和挖補修理。
[0011 ] 進一步地，所述縫線軸向與復合材料法向一致或與補片與被修補結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合面垂直。
[0012]
為實現(xiàn)本發(fā)明目的，采用一種形成所述修補結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟:
(一)確定復合材料結(jié)構(gòu)的損傷區(qū)域和程度；
(二)損傷區(qū)處理，包括表面打磨、去除受損材料和干燥等；
(三)根據(jù)損傷區(qū)域和程度以及損傷區(qū)的處理結(jié)果，準備復合材料補片、膠以及浸漬膠粘劑的縫線；
(四)把補片鋪設(shè)在損傷處，并在補片和受損復合材料結(jié)構(gòu)之間放置一層膠；
(五)在補片修理部位加工貫穿補片和受損復合材料結(jié)構(gòu)以及二者之間膠層的小孔；
(六)把浸有膠粘劑的縫線依次穿入各小孔；
(七)在規(guī)定溫度和壓力下固化，使得縫線與其周圍的補片和受損復合材料結(jié)構(gòu)粘結(jié)在一起;
(A)拆除溫度和壓力施加設(shè)備。
[0013]進一步地，所述步驟(四)中補片的鋪設(shè)方法按補片的初始形態(tài)確定:
如補片材料為預(yù)浸料，則把預(yù)浸料按照規(guī)定的方向和層數(shù)鋪放在修補區(qū)；
如補片材料為預(yù)固化層合板，把預(yù)固化層合板按照規(guī)定的方向定位并安裝于修補區(qū)；如補片材料為未浸漬膠粘劑的織物或單向帶，則采用濕鋪貼的方法，輔以樹脂或膠粘劑，把織物或單向帶按照規(guī)定的方向和層數(shù)鋪放在修補區(qū)。
[0014]進一步地，所述步驟(五)中小孔制作使用高能且生熱較少的激光器或微型鉆頭，保證制孔部位的復合材料不會或較少被燒蝕。
[0015]進一步地，所述步驟(五)中小孔的直徑比縫線大0.1~0.3毫米，一方面便于縫線的穿入小孔，另一方面可保證縫線與孔周材料之間的膠結(jié)質(zhì)量。
[0016]進一步地，所述步驟(七)膠粘劑的固化，根據(jù)所用膠粘劑固化要求，結(jié)合真空袋和電熱毯、紅外燈、熱風槍及控溫設(shè)備等加熱設(shè)備，在真空壓力下對修補區(qū)按時間施加規(guī)定的溫度，使未固化補片、補片與被修補結(jié)構(gòu)之間的膠層、細棒表面的膠粘劑同時完成固化。
[0017]
本發(fā)明的有益效果為:提出一種新型復合材料補片修補結(jié)構(gòu)及形成所述修補結(jié)構(gòu)的方法，采用本方法所制成修補結(jié)構(gòu)，對復合材料層合板面內(nèi)性能影響較小，對環(huán)境敏感性降低，對結(jié)構(gòu)增重較小，并且可提高復合材料補片與被修補結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合作用，從而提高復合材料補片修理結(jié)構(gòu)的力學性能和可靠性，降低修理后復合材料結(jié)構(gòu)的使用風險。
[0018]
【附圖說明】
[0019]圖1復合材料貼補修理結(jié)構(gòu)截面圖；
圖2復合材料貼補修理結(jié)構(gòu)分解圖；
圖3復合材料挖補修理結(jié)構(gòu)截面圖；
圖4復合材料挖補修理結(jié)構(gòu)分解圖；
圖中，11是被修理復合材料層合板，12外搭補片，13是膠，14是縫線，21是被修理復合材料層合板，22外搭補片，33是膠，34是縫線，31是被修理復合材料層合板，32嵌入補片，33是膠