一种飞机复合材料损伤区域的修复方法技术

本发明专利技术属于飞机复合材料修复领域，公开了一种飞机复合材料损伤区域的修复方法，包括：往待修复区的蜂窝芳纶酯芯层表面填充碳纤维预浸布，接着往碳纤维预浸布的表面上依次叠放穿孔分离膜、固体分离膜、隔板、加热片、受热膨胀片材以及通气管材料层，然后抽真空，再开启加热片，待碳纤维预浸布固化完全后，停止加热并冷却，去除碳纤维预浸布表面的材料，受热膨胀片材为在一定温度范围下能够受热启动膨胀的热固性膨胀复合片材，所述抽真空之后体系的真空度为1‑100KPa，碳纤维预浸布的固化温度不低于受热膨胀片材的启动膨胀温度，加热片加热至的温度不仅能够使得受热膨胀片材受热膨胀，而且能够使得碳纤维预浸布受热固化。采用本发明专利技术提供的方法能够增强修复位置的材料层间结合力，产品良率非常高，极具工业应用前景。

A repair method for the damage area of aircraft composite materials

The invention belongs to the field of aircraft composite material repair, and discloses a method for repairing the damage area of an aircraft composite material, including: filling a carbon fiber prepreg to the surface of the honeycomb aramid core layer to be repaired, and then stacking a perforated separation film, a solid separation film, a baffle plate, and a heating sheet on the surface of the carbon fiber prepreg. The heat expansion sheet and the material layer of the ventilator are then vacuum, and then the heating sheet is opened. After the carbon fiber prepreg is cured completely, the material of the surface of the carbon fiber prepreg is stopped and the material is removed, and the thermal expansion sheet is a thermosetting expansion composite sheet which can be heated and expanded at a certain temperature range. The vacuum degree of the system after vacuum extraction is 1 100KPa. The curing temperature of the carbon fiber prepreg is not less than the starting expansion temperature of the heated expansion sheet. The temperature of the heated film can not only make the heated expansion sheet be heated, but also make the carbon fiber prepreg cured by heat. The method provided by this invention can enhance the bonding force between the material layer of the repair position, the product yield is very high and the prospect of industrial application is very good.

【技术实现步骤摘要】
一种飞机复合材料损伤区域的修复方法
本专利技术属于飞机复合材料修复领域，具体涉及一种飞机复合材料损伤区域的修复方法。
技术介绍
20世纪初第一架载人上天的飞机是用木材、布和钢制造的。1910-1925年开始用钢管替代木材作机身骨架，用铝作蒙皮，制造全金属结构的飞机。虽然金属材料提高了飞机的强度，改善了气动外形，使飞机性能得到了提高，但是由于金属材料通常较重并且耐腐蚀性能较差，因此在很大程度上限制了其应用。20世纪70年代以后，越来越多地使用以硼纤维或碳纤维增强的复合材料。其中，随着玻璃纤维、凯夫拉尔、碳纤维等复合材料的发展，早期飞机复合材料结构的使用预示着复合材料运用的辉煌。目前应用较多的一种用于制造飞机的复合材料包括蜂窝芳纶酯芯层以及附着于所述蜂窝芳纶酯芯层两侧表面的碳纤维层。飞机会因为与鸟群的碰撞、残骸、冰雹、雷击、老化、其他意外事件等而受到损坏，从而在飞机表面产生孔洞和裂痕，并对下方加劲结构(例如，机身、加劲物、衬垫)造成损坏。例如，飞机的机头驾驶室区段会因为与鸟群的碰撞而受损，下部由于前起落架折叠而受损，中段舱门包围物会因与地面处理设备碰撞而受损，末段下部会因机尾触地而受损等等。停工时间对飞机承运者而言是非常昂贵的，因为闲置飞机会导致收入受损，遇到飞机受损必须尽快对其进行修复并重新投入使用。因此，随着复合材料在航空飞机的材料占比逐渐提升，除了满足适航要求外，后续的维修保护工作同等重要，这样才能够保证安全可靠的持续适航。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种新的飞机复合材料损伤区域的修复方法。如上所述，目前应用较多的一种用于制造飞机的复合材料包括蜂窝芳纶酯芯层以及附着于所述蜂窝芳纶酯芯层两侧表面的碳纤维层。若采用这种材质的飞机受损，现有技术通常采用包括以下步骤的方法对其进行修复：找出损伤区域；打磨和切割损伤区域以获得形状规则的待修复区；清洁所述待修复区；可选地填补所述待修复区的蜂窝芳纶酯芯层(若损伤区域已深入到蜂窝芳纶酯芯层，则需要该步骤；若损伤区域未深入到蜂窝芳纶酯芯层，则这一步省略)；往所述待修复区的蜂窝芳纶酯芯层表面填充碳纤维预浸布直至与周边未损伤区域的碳纤维层表面齐平，接着往所述碳纤维预浸布的表面上依次叠放穿孔分离膜、固体分离膜、隔板、加热片以及通气管材料层，然后抽真空，再开启所述加热片，待所述碳纤维预浸布固化完全后，停止加热并冷却，去除所述穿孔分离膜、固体分离膜、隔板、加热片以及通气管材料层。然而，采用这种方法虽然能够较好地对飞机进行修复，但是修复位置的材料层间结合力仍不够高，表面不够平整，产品的良率较低。对此，本专利技术的专利技术人对以上修复方法进行了改进，在所述抽真空并加热之前，将受热膨胀片材填充在所述加热片和通气管材料层之间，利用受热膨胀片材的膨胀性能配以抽真空作用，实现对飞机复合材料的修复。基于此，完成了本专利技术。具体地，本专利技术提供了一种飞机复合材料损伤区域的修复方法，所述复合材料包括蜂窝芳纶酯芯层以及附着于所述蜂窝芳纶酯芯层两侧表面的碳纤维层，该修复方法包括依次进行的以下步骤：找出损伤区域；打磨和切割损伤区域以获得形状规则的待修复区；清洁所述待修复区；可选地填补所述待修复区的蜂窝芳纶酯芯层；往所述待修复区的蜂窝芳纶酯芯层表面填充碳纤维预浸布直至与周边未损伤区域的碳纤维层表面齐平，接着往所述碳纤维预浸布的表面上依次叠放穿孔分离膜、固体分离膜、隔板、加热片以及通气管材料层，然后抽真空，再开启所述加热片，待所述碳纤维预浸布固化完全后，停止加热并冷却，去除所述穿孔分离膜、固体分离膜、隔板、加热片以及通气管材料层，其中，在所述抽真空并加热之前，将受热膨胀片材填充在所述加热片和通气管材料层之间，所述受热膨胀片材为在一定温度范围下能够受热启动膨胀的热固性膨胀复合片材，所述抽真空之后体系的真空度为1-100KPa，所述碳纤维预浸布的固化温度不低于所述受热膨胀片材的启动膨胀温度，所述加热片加热至的温度不仅能够使得所述受热膨胀片材受热膨胀，而且能够使得所述碳纤维预浸布受热固化。采用本专利技术提供的方法对飞机复合材料损伤区域进行修复，能够增强修复位置的材料层间结合力，并且修复产品良率非常高，极具工业应用前景。具体实施方式下面将更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然以下描述了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。如上所述，针对填补所述待修复区的蜂窝芳纶酯芯层这一步骤是可选的，若损伤区域已深入到蜂窝芳纶酯芯层，则需要该步骤；若损伤区域未深入到蜂窝芳纶酯芯层，则这一步省略。此外，当需要填补蜂窝芳纶酯芯时，所填补的蜂窝芳纶酯芯以与周边未损伤区域的蜂窝芳纶酯芯表面齐平为准。如上所述，所述抽真空之后体系的真空度为1-100KPa。需要说明的是，在所述抽真空的过程中，通常需要将真空袋将待修复区域密闭起来，以确保将整个修复体系的真空度控制在上述范围内。在本专利技术中，所述碳纤维预浸布的固化温度不低于所述受热膨胀片材的启动膨胀温度，这样能够保证在所述碳纤维预浸布固化之前，所述受热膨胀片材完成膨胀过程，从而能够配合抽真空这一操作增强复合材料的层间结合力。其中，优选地，所述受热膨胀片材的启动膨胀温度为50-200℃，膨胀前后体积倍率为0.1-50倍，膨胀过程产生的压力范围为1-200kgf/cm2；更优选地，所述受热膨胀片材的启动膨胀温度为50-180℃，膨胀前后体积倍率为1-20倍，膨胀过程产生的压力范围为2-12kgf/cm2。根据本专利技术，优选地，所述受热膨胀片材由如下重量份的组分制备得到：更优选地，所述受热膨胀片材由如下重量份的组分制备得到：所述热固性树脂起到发泡剂载体支架的固定作用，主要提供受热膨胀片材膨胀成型后的强度和硬度，并能通过高玻璃化转变温度(Tg)提高耐温的稳定性。针对上述体系，如果热固性树脂含量低于20重量份，会造成受热膨胀片材膨胀成型后的强度和硬度过低，不利于复合材料层间结合力的提高；而如果含量高于80重量份，首先相对发泡剂的比例就会减少，影响膨胀效果，其次会造成受热膨胀片材膨胀成型后的硬度过高，进而有可能会对复合材料的其他层结构造成破坏。所述热固性树脂可以为环氧树脂、有机硅树脂等，优选为环氧树脂(包括改性和未改性的)。所述热固性树脂Tg的选择应与使用环境的耐热温度匹配，大于等于潜在使用环境的温度即可稳定使用，例如，可以为100-300℃。所述发泡剂主要依靠其膨胀特性，提供合适的膨胀倍力。针对上述体系，如果发泡剂含量低于3重量份，会造成膨胀倍率太小，对提高材料层间结合力的效果不明显；而如果含量高于50重量份，会造成膨胀倍率太大，致使挤压内部复合材料使其发生变形。所述发泡剂的膨胀温度应低于所述碳纤维预浸布的固化温度，例如，可以为50-180℃。所述发泡剂的具体实例包括但不限：膨胀微球、偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物、碳酸钙、碳酸镁和碳酸氢钠中的至少一种。其中，所述膨胀微球(又叫发泡微球)，是一种外壳由高分子聚合物(如丙烯睛共聚物)形成且内部由碳氢化合物形成的微球，在受热(50-180℃)情况下，所述膨胀微球的外壳软化，碳氢化合物由液态气化，从而使外壳膨胀增大。所述填料的具体实例包括但不限于：玻璃纤维粉末、石墨粉、碳纳米管、氧化铝、氧化镁、碳酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞机复合材料损伤区域的修复方法，所述复合材料包括蜂窝芳纶酯芯层以及附着于所述蜂窝芳纶酯芯层两侧表面的碳纤维层，该修复方法包括依次进行的以下步骤：找出损伤区域；打磨和切割损伤区域以获得形状规则的待修复区；清洁所述待修复区；可选地填补所述待修复区的蜂窝芳纶酯芯层；往所述待修复区的蜂窝芳纶酯芯层表面填充碳纤维预浸布直至与周边未损伤区域的碳纤维层表面齐平，接着往所述碳纤维预浸布的表面上依次叠放穿孔分离膜、固体分离膜、隔板、加热片以及通气管材料层，然后抽真空，再开启所述加热片，待所述碳纤维预浸布固化完全后，停止加热并冷却，去除所述穿孔分离膜、固体分离膜、隔板、加热片以及通气管材料层，其特征在于，在所述抽真空并加热之前，将受热膨胀片材填充在所述加热片和通气管材料层之间，所述受热膨胀片材为在一定温度范围下能够受热启动膨胀的热固性膨胀复合片材，所述抽真空之后体系的真空度为1‑100KPa，所述碳纤维预浸布的固化温度不低于所述受热膨胀片材的启动膨胀温度，所述加热片加热至的温度不仅能够使得所述受热膨胀片材受热膨胀，而且能够使得所述碳纤维预浸布受热固化。

【技术特征摘要】
1.一种飞机复合材料损伤区域的修复方法，所述复合材料包括蜂窝芳纶酯芯层以及附着于所述蜂窝芳纶酯芯层两侧表面的碳纤维层，该修复方法包括依次进行的以下步骤：找出损伤区域；打磨和切割损伤区域以获得形状规则的待修复区；清洁所述待修复区；可选地填补所述待修复区的蜂窝芳纶酯芯层；往所述待修复区的蜂窝芳纶酯芯层表面填充碳纤维预浸布直至与周边未损伤区域的碳纤维层表面齐平，接着往所述碳纤维预浸布的表面上依次叠放穿孔分离膜、固体分离膜、隔板、加热片以及通气管材料层，然后抽真空，再开启所述加热片，待所述碳纤维预浸布固化完全后，停止加热并冷却，去除所述穿孔分离膜、固体分离膜、隔板、加热片以及通气管材料层，其特征在于，在所述抽真空并加热之前，将受热膨胀片材填充在所述加热片和通气管材料层之间，所述受热膨胀片材为在一定温度范围下能够受热启动膨胀的热固性膨胀复合片材，所述抽真空之后体系的真空度为1-100KPa，所述碳纤维预浸布的固化温度不低于所述受热膨胀片材的启动膨胀温度，所述加热片加热至的温度不仅能够使得所述受热膨胀片材受热膨胀，而且能够使得所述碳纤维预浸布受热固化。2.根据权利要求1所述的修复方法，其中，所述受热膨胀片材的启动膨胀温度为50-200℃，膨胀前后体积倍率为0.1-50倍，膨胀过程产生的压力范围为1-200kgf/cm2；优选地，所述受热膨胀片材的启动膨胀温度为50-180℃，膨胀前后体积倍率为1-20倍，膨胀过程产生的压力范围为2-12kgf/cm2。3.根据权利要求1所述的修复方法，其中，所述受热膨胀片材由如下重量份的组分制备得到：优选地，所述受热膨胀片材由如下重量份的组分制备得到：4.根据权利要求3所述的修复...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡锦云，谢容泉，官江全，李步龙，李卫平，
申请(专利权)人：厦门市豪尔新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35