一种树脂基纤维增强复合材料损伤的修复方法及加压修复装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于复合材料修复技术领域，特别是涉及一种树脂基纤维增强复合材料损伤的修复方法及加压修复装置。该技术方案包括以下步骤：准备加载框架、充压胶囊、加压块和支撑块，其中加载框架由支撑平台、支持框架、连接段三部分通过螺栓组装而成；充压胶囊由软体胶囊和刚性外壳两部分装配而成；加压块和支撑块按修复区表面形状加工。维修时，先按现行修复工艺要求将复合材料结构件处理成为待修复固化组件；再将其安装在加载框架上，修复区域背面用支撑块支撑，表面用加压块和充压胶囊贴合安装；最后按照固化要求，进行加压加热固化完成修复。本发明专利技术可采用与基体同材料维修，固化压力大，修复区域粘接可靠，成型密度高强度大，质量优于现有技术。

【技术实现步骤摘要】
一种树脂基纤维增强复合材料损伤的修复方法及加压修复装置
本专利技术属于复合材料修复
，具体涉及一种树脂基纤维增强复合材料损伤的修复方法及加压修复装置。
技术介绍
复合材料的可设计性强、重量轻、比强度高，耐腐蚀及独特的电磁穿透性能优良，使其被广泛应用于航空航天、汽车工业、运动器材、医疗器材、电子产品等各个尖端工业领域。由于复合材料在使用和维护过程中可能会遭受工具掉落、跑道碎石、冰雹和鸟撞等以冲击损伤为主的各种结构破坏，极易产生如裂纹、缺口、分层和破孔等损伤，这将显著降低复合材料的静、动态载荷性能，严重时会直接威胁复合材料制件的使用安全。现有的复合材料修复主要通过损伤区域预处理后，再使用热补仪进行加温和抽真空实现复合材料修复区域(维修补片)固化。但复合材料制件通常采用热压罐固化工艺制备，而后期修补时受加压条件的限制，为减少树脂固化产生的空隙和气孔，只能使用流动性好且固化压力较低的树脂进行修补，由此造成了修补区域材料与原基体不同，存在明显粘接界面，且较低的固化压力使得修复区域成型后密度和强度偏低，进而影响了修复区域强度。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种树脂基纤维增强复合材料损伤的修复方法及加压修复装置，在现有加温和抽真空固化的技术基础上，增加了使用充压胶囊提高固化压力的技术，从而大幅度地提升维修补片和修复区域力学性能，获得与热压罐固化工艺相类似的复合材料补片固化质量和优良的胶接质量。本专利技术的实现过程如下：一种树脂基纤维增强复合材料损伤的修复方法，在修复树脂基纤维增强复合材料结构件过程中，通过加压修复装置增加固化过程中的压力。上述树脂基纤维增强复合材料损伤的修复方法，包括如下步骤：步骤一、根据需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件的外形尺寸设计并加工加载框架；步骤二、根据需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件上所需修复区域尺寸、表面形状和背面形状加工充压胶囊、加压块和支撑块；步骤三、使用修复补片粘贴、加热毯铺设和真空袋安装过程，对需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件的修复区域进行修复补片粘贴、加热毯铺设和真空袋安装，得到待修复固化组件；步骤四、将待修复固化组件安装加载框架上，并在修复区域背面用支撑块支撑；步骤五、沿修复区域中心法线方向安装加压块和充压胶囊，并用加载框架连接固定充压胶囊，调节加载框架的连接段使充压胶囊充压后软体胶囊膨胀量不大于10mm；步骤六、根据步骤三中修复补片所使用材料的固化要求，对充压胶囊进行充压检查，确认充压胶囊密封情况、加压块贴合情况，及待修复固化组件的修复区域变形、位移情况是否满足持续贴合加压要求；步骤七、根据步骤三中修复补片所使用材料的固化要求，进行加压加热固化，固化结束后得到修复完成的树脂基纤维增强复合材料结构件。上述加压修复装置，包括加载框架、充压胶囊、加压块和支撑块，所述加载框架内从从下至上依次安装支撑块、加压块、充压胶囊，所述支撑块和加压块之间设置有待修复固化组件。进一步，所述加载框架包括支撑平台、支持框架和连接段，所述支撑平台上安装支持框架，所述支持框架中部安装连接段；所述支撑平台为平台结构或框架结构，支持框架为龙门架结构或悬臂结构，连接段为下端设置有铰接头结构的连接螺杆，所述支撑平台与支持框架通过螺栓连接，所述支持框架与连接段通过螺纹连接。进一步，所述充压胶囊包括软体胶囊和刚性外壳，所述软体胶囊为柔性材料制成的厚度为0.05mm至50mm的囊状结构，所述软体胶囊上表面设置有与囊状结构内腔连通的充压接口；所述刚性外壳为开口盒型结构，开口盒型结构的内部空腔截面积尺寸与软体胶囊相匹配，且软体胶囊位于刚性外壳内，刚性外壳的上表面预留有用于贯穿充压接口的接口开孔和用于与连接段的铰接头结构相匹配的安装接头。进一步，所述柔性材料选自真空袋、真空膜、硅橡胶、氟橡胶丁腈橡胶、氯丁橡胶、聚丙烯橡胶或聚氨酯橡胶任意一种。进一步，所述加压块的上表面尺寸与刚性外壳的内腔相匹配，且在加压过程中能够在刚性外壳的内腔自由移动；加压块的厚度H≥需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件的修复区域最深处与修复区域上表面的距离h；所述加压块的下表面根据需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件的修复区域的表面形状加工，加压块的上表面与需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件的修复区域中心点法线垂直。进一步，所述加压块由橡胶材料制成，确保充压胶囊的加压载荷均匀传递至需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件的修复区域的上表面。进一步，所述支撑块包括曲面体和设置在曲面体上的保护层；所述曲面体的上表面尺寸大小≥加压块的下表面尺寸，且曲面体的投影轮廓将加压块的投影轮廓完全覆盖，所述曲面体的厚度D≥需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件的修复区域下表面曲面的垂直距离d，曲面体的上表面根据需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件的修复区域的表面形状加工，曲面体的下表面与需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件的修复区域中心点法线垂直；所述保护层通过粘结胶粘贴在曲面体上，所述保护层的尺寸大小与曲面体的上表面尺寸相匹配，所述保护层的上表面与需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件的下表面相贴合。进一步，所述曲面体通过数控加工或3D打印制造，所述曲面体的材料选用可承受充压胶囊加压载荷的硬质材料；所述保护层为厚度0.5mm至50mm的软毡或橡胶片。本专利技术所述加压块的下表面根据需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件的修复区域的表面形状加工，一般情况下是采用圆形去包括整个损伤区域，圆形的维修片比较好加工，异性的难加工。本专利技术所述曲面体的材料选用可承受充压胶囊加压载荷的硬质材料，所述硬质材料为尼龙、四氟乙烯等耐高温非金属材料或者铝合金、铜、铁等耐温金属材料均可。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术在现有工艺技术基础上所做改进，可以在不大幅增加工艺难度和费用的前提下，大幅增加复合材料结构件维修区成型后的密度和强度，提高维修质量。(2)本专利技术可使用与复合材料结构件基体相同的树脂与纤维材料，相同的固化温度和固化压力，有助于维修补片与基体之间形成更加可靠的胶接界面。附图说明图1为本专利技术实施例所述需维修的复合材料结构件示意图；图2为本专利技术实施例所述需维修的复合材料结构件的剖面示意图；图3为本专利技术实施例所述加载框架结构示意图；图4为本专利技术实施例所述充压胶囊外观示意图；图5为本专利技术实施例所述软体胶囊的局部剖切的示意图；图6为本专利技术实施例所述加压块结构示意图；图7为本专利技术实施例所述支撑块结构示意图；图8为本专利技术实施例所述加压修复装置在使用过程中的装配关系示意图；图9为本专利技术实施例所述加压修复装置中尺寸标注图；图10为现有技术中真空袋、加热毯的安装形式示意图；图11为实施例2中BA9913单向带预浸料固化要求曲线；图中，010需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件，011弧形凸起区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种树脂基纤维增强复合材料损伤的修复方法，其特征在于：在修复树脂基纤维增强复合材料结构件过程中，通过加压修复装置增加固化过程中的压力。/n

【技术特征摘要】
1.一种树脂基纤维增强复合材料损伤的修复方法，其特征在于：在修复树脂基纤维增强复合材料结构件过程中，通过加压修复装置增加固化过程中的压力。


2.根据权利要求1所述树脂基纤维增强复合材料损伤的修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、根据需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件(010)的外形尺寸设计并加工加载框架(020)；
步骤二、根据需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件(010)上所需修复区域(012)尺寸、表面形状和背面形状加工充压胶囊(030)、加压块(040)和支撑块(050)；
步骤三、使用修复补片粘贴、加热毯铺设和真空袋安装过程，对需修复的树脂基纤维增强复合材料结构件(010)的修复区域(012)进行修复补片粘贴、加热毯铺设和真空袋安装，得到待修复固化组件(060)；
步骤四、将待修复固化组件(060)安装加载框架(020)上，并在修复区域(012)背面用支撑块(050)支撑；
步骤五、沿修复区域(012)中心法线方向安装加压块(040)和充压胶囊(030)，并用加载框架(020)连接固定充压胶囊(030)，调节加载框架(020)的连接段(023)使充压胶囊(030)充压后软体胶囊(031)膨胀量不大于10mm；
步骤六、根据步骤三中修复补片所使用材料的固化要求，对充压胶囊(030)进行充压检查，确认充压胶囊(030)密封情况、加压块(040)贴合情况，及待修复固化组件(060)的修复区域(012)变形、位移情况是否满足持续贴合加压要求；
步骤七、根据步骤三中修复补片所使用材料的固化要求，进行加压加热固化，固化结束后得到修复完成的树脂基纤维增强复合材料结构件。


3.权利要求1所述加压修复装置，其特征在于：包括加载框架(020)、充压胶囊(030)、加压块(040)和支撑块(050)，所述加载框架(020)内从从下至上依次安装支撑块(050)、加压块(040)、充压胶囊(030)，所述支撑块(050)和加压块(040)之间设置有待修复固化组件(060)。


4.根据权利要求3所述加压修复装置，其特征在于：所述加载框架(020)包括支撑平台(021)、支持框架(022)和连接段(023)，所述支撑平台(021)上安装支持框架(022)，所述支持框架(022)中部安装连接段(023)；所述支撑平台(021)为平台结构或框架结构，支持框架(022)为龙门架结构或悬臂结构，连接段(023)为下端设置有铰接头结构的连接螺杆，所述支撑平台(021)与支持框架(022)通过螺栓连接，所述支持框架(022)与连接段(023)通过螺纹连接。


5.根据权利要求4所述加压修复装置，其特征在于：所述充压胶囊(030)包括软体胶囊(031)和刚性外壳(032)，所述软体胶囊(031)为柔性材料制成的厚度为0.05mm至50mm的囊状结构，所述软体胶囊...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，
申请(专利权)人：南京维吉拉软件科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32