一种复合材料维修结构及维修方法技术

飞机、轨道车辆、汽车等交通工具和机械设备中的复合材料零部件应用越来越多，这些复合材料零部件在服役过程中，不可避免地会出现损伤，损伤会导致复合材料零部件性能下降。复合材料零部件的成本较高，因此对于没有完全丧失承载性能的复合材料零部件，通常是需要进行修理的。传统的复合材料零部件维修方法速度慢、成本高、工艺复杂，补片几何结构简单，在使用过程中容易出现分离、脱落等问题，可靠性差。本发明专利技术涉及一种复合材料维修结构及维修方法，可以实现各类复合材料零部件的维修，通用性强，适用范围广，节约材料，效率高，成本低，工程应用前景非常广阔。前景非常广阔。前景非常广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料维修结构及维修方法


[0001]本专利技术涉及复合材料零部件的修理，尤其涉及一种复合材料维修结构及维修方法，属于复合材料维修


技术介绍

[0002]复合材料，具有密度小，比强度和比模量高，耐腐蚀，成型加工性能好，可设计性强，种类多，适用范围广等优点。目前，飞机、轨道车辆、汽车等交通工具和机械设备中的复合材料零部件应用越来越多，这些复合材料零部件在服役过程中，不可避免地会出现损伤，例如：冰雹冲击、地面石子冲击、车辆碰撞、疲劳损伤等。显然，损伤会导致复合材料零部件性能下降。复合材料零部件的成本较高，因此对于没有完全丧失承载性能的复合材料零部件，通常是需要进行修理的。传统的复合材料零部件维修方法速度慢、成本高、工艺复杂，维修区域补片多采用板材切割的方式获取，补片几何结构简单，无法满足损伤区域补强的要求，在使用过程中容易出现分离、脱落等问题，可靠性差；废弃的边角料多，取补片用的复合材料板因难以二次利用而常被废弃，导致材料浪费。

技术实现思路

[0003]1、专利技术目的：
[0004]本专利技术的目的在于提供一种复合材料维修结构及维修方法，实现复合材料零部件高效率且可靠的维修，降低维修费用，节约维修材料。
[0005]2、技术方案：
[0006]一种复合材料维修结构及维修方法，其一方面，提供了一种复合材料维修结构，包括：上补片，上胶层，待修的复材件，下胶层，下补片；修理工作完成后，得到已修的复材件；
[0007]所述上补片，由上补片外层、上补片内层、上补片内层卡槽、上补片内层环面和上补片内层卡槽凹口组成；上补片外层为圆形，厚度与待修的复材件的损伤区域厚度相同；上补片内层为圆形，厚度为待修的复材件的损伤区域厚度的一半，四周的上补片内层环面为斜面，该斜面与上补片外层的下表面成45度锐角，从而形成一个两头粗且中间细的锥形结构，这种结构与传统的补片结构相比，既可以增加胶接的面积，又可以起到机械锁合的作用，提高接合强度，使结构更加牢固；上补片内层内部设置有上补片内层卡槽，上补片内层卡槽中设置有上补片内层卡槽凹口，与下补片内层插扣和下补片内层插扣凸齿形成锁合结构，插入后旋转即可完成锁合，而且通过在上补片内层卡槽内涂抹胶粘剂，实现胶接与机械锁合的混合连接，使接合更为牢固；上补片使用短碳纤增强尼龙复合材料，通过熔融沉积成型(FDM)3D打印技术制造，打印机喷嘴温度为270℃，热床温度为80℃，可以获得表面质量和力学性能兼优的补片，这种下补片结构中间细、两端粗且设有中空的槽，与传统注塑、模压或热压罐技术相比,3D打印技术不需要模具且不存在脱模困难的问题；
[0008]所述上胶层，使用甲基丙烯酸结构胶，含有快速固化添加剂，可以实现快速固化；上胶层涂抹在上补片外层与待修的复材件结合的表面、上补片内层的表面和上补片内层卡
槽内部，起到胶接的作用；
[0009]所述待修的复材件，为已经出现损伤的复合材料零部件，使用机加设备将损伤区域挖去，被挖掉的区域即为待修理的区域；
[0010]所述下胶层，使用甲基丙烯酸结构胶，含有快速固化添加剂，可以实现快速固化；下胶层涂抹在下补片外层与待修的复材件结合的表面、下补片内层的表面和下补片内层插扣，起到胶接的作用；
[0011]所述下补片，由下补片外层、下补片内层、下补片内层插扣、下补片内层环面和下补片内层插扣凸齿组成；下补片外层为圆形，厚度与待修的复材件的损伤区域厚度相同；下补片内层为圆形，厚度为待修的复材件的损伤区域厚度的一半，四周的下补片内层环面为斜面，该斜面与下补片外层的上表面成45度锐角，从而形成一个两头粗且中间细的锥形结构，这种结构与传统的补片结构相比，既可以增加胶接的面积，又可以起到机械锁合的作用，提高接合强度，使结构更加牢固；下补片内层的上表面设置有下补片内层插扣，下补片内层插扣的两端设置有下补片内层插扣凸齿，其作用是插入上补片内层卡槽凹口内，形成机械锁合结构，再结合胶粘剂的作用，实现胶接与机械锁合的混合连接，使接合更为牢固；下补片内层插扣凸齿由外边缘向内程缩口设计即宽度逐渐减小，而且凸齿的长度为下补片内层插扣直径的1/4，这样的设计既可以有效地利用材料，又可以取得良好的锁合效果；下补片使用短碳纤增强尼龙复合材料，通过熔融沉积成型(FDM)3D打印技术制造，打印机喷嘴温度为270℃，热床温度为80℃，可以获得表面质量和力学性能兼优的补片，这种下补片结构中间细且两端粗，与传统注塑、模压或热压罐技术相比,3D打印技术不需要模具且不存在脱模困难的问题；
[0012]所述已修的复材件，为已经完成维修的复合材料零部件，其上的损伤区域已经被维修好，维修后复合材料件的使用功能与未损伤的复合材料件相同，力学性能和使用寿命不低于未损伤的复合材料件；
[0013]本申请实施例还公开了一种复合材料维修方法，包括以下步骤：
[0014]S1、使用机加设备将已经出现损伤的复合材料零部件的损伤区域挖去，得到待修的复材件；
[0015]S2、根据待修的复材件的待修补区域的尺寸，确定上补片和下补片的直径、厚度的尺寸，建立三维模型，转存为3D打印机容易识别的STL格式文件；
[0016]S3、使用熔融沉积成型3D打印机，以短碳纤增强尼龙复合材料为3D打印材料，制造上补片和下补片；
[0017]S4、在上补片、下补片和待修的复材件的维修区域，涂抹胶粘剂；
[0018]S5、组装上下补片，下补片内层插扣插入上补片内层卡槽内，然后旋转，实现下补片内层插扣凸齿进入上补片内层卡槽凹口内，形成机械锁合与胶接的混合连接结构，胶粘剂固化后，完成维修工作，得到已修的复材件。
[0019]所述上补片在复合材料零部件的损伤区域较小时，可以采用螺纹结合结构，上补片由上补片外层、上补片内层、上补片内层内螺纹和上补片内层环面组成；上补片内层内部设置有上补片内层内螺纹，可以与下补片内层外螺纹形成螺纹旋合结构，而且通过在上补片内层内螺纹上涂抹胶粘剂，实现胶接与螺纹连接的混合连接，使接合更为牢固；相应地，下补片也采用螺纹结合结构，下补片由下补片外层、下补片内层、下补片内层外螺纹和下补
片内层环面组成；下补片内层的上表面设置有下补片内层外螺纹，其作用是旋入上补片内层内螺纹，形成螺纹旋合结构，而且通过在下补片内层外螺纹上涂抹胶粘剂，实现胶接与螺纹连接的混合连接。
[0020]3、本专利技术“一种复合材料维修结构及维修方法”，其优点如下：
[0021](1).本专利技术的维修结构结合牢固，维修强度高，可靠性好，维修方法适用范围广，通用性强，可以为各种复合材料零部件提供维修；
[0022](2).本专利技术采用熔融沉积(FDM)3D打印技术进行维修补片的制作，效率高，节约材料，不需要模具，成本低，而且可以制作各种形状的补片；
[0023](3).本专利技术的效率高，不需要热压罐等大型设备，操作简单，容易掌握和推广，非常适合各类设备的售后维修人员使用。
[0024]总之，本专利技术可以实现各类复合材料零部件的维修，通用性强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料维修结构及维修方法，其特征在于，复合材料维修结构包括：上补片，上胶层，待修的复材件，下胶层，下补片；修理工作完成后，得到已修的复材件；所述上补片，由上补片外层、上补片内层、上补片内层卡槽、上补片内层环面和上补片内层卡槽凹口组成；上补片外层为圆形，厚度与待修的复材件的损伤区域厚度相同；上补片内层为圆形，厚度为待修的复材件的损伤区域厚度的一半，四周的上补片内层环面为斜面，该斜面与上补片外层的下表面成45度锐角，从而形成一个两头粗且中间细的锥形结构，这种结构与传统的补片结构相比，既可以增加胶接的面积，又可以起到机械锁合的作用，提高接合强度，使结构更加牢固；上补片内层内部设置有上补片内层卡槽，上补片内层卡槽中设置有上补片内层卡槽凹口，与下补片内层插扣和下补片内层插扣凸齿形成锁合结构，插入后旋转即可完成锁合，而且通过在上补片内层卡槽内涂抹胶粘剂，实现胶接与机械锁合的混合连接，使接合更为牢固；上补片使用短碳纤增强尼龙复合材料，通过熔融沉积成型(FDM)3D打印技术制造，打印机喷嘴温度为270℃，热床温度为80℃，可以获得表面质量和力学性能兼优的补片，这种下补片结构中间细、两端粗且设有中空的槽，与传统注塑、模压或热压罐技术相比,3D打印技术不需要模具且不存在脱模困难的问题；所述上胶层，使用甲基丙烯酸结构胶，含有快速固化添加剂，可以实现快速固化；上胶层涂抹在上补片外层与待修的复材件结合的表面、上补片内层的表面和上补片内层卡槽内部，起到胶接的作用；所述待修的复材件，为已经出现损伤的复合材料零部件，使用机加设备将损伤区域挖去，被挖掉的区域即为待修理的区域；所述下胶层，使用甲基丙烯酸结构胶，含有快速固化添加剂，可以实现快速固化；下胶层涂抹在下补片外层与待修的复材件结合的表面、下补片内层的表面和下补片内层插扣，起到胶接的作用；所述下补片，由下补片外层、下补片内层、下补片内层插扣、下补片内层环面和下补片内层插扣凸齿组成；下补片外层为圆形，厚度与待修的复材件的损伤区域厚度相同；下补片内层为圆形，厚度为待修的复材件的损伤区域厚度的一半，四周的下补片内层环面为斜面，该斜面与下补片外层的上表面成45度锐角，从而形成一个两头粗且中间细的锥形结构，这种结构与传统的补片结构相比，既可以增加胶接的面积，又可以起到机械锁合的作用，提高接合强度，使结构更加牢固；下补片内层的上表面设置有下补片内层插扣，下补片内层插扣的两端设置有下补片内层插扣凸齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立军，王昱博，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：