光固化預(yù)浸料修理技術(shù)在飛機(jī)蒙皮修復(fù)中的應(yīng)用

楊天賀

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代飛機(jī)的各種技術(shù)正在不斷進(jìn)步，對于大型客機(jī)而言，航空公司對飛機(jī)的舒適度、可靠性、減重方面的要求不斷提高，傳統(tǒng)的材料已經(jīng)不能再滿足航空業(yè)的要求了。本文重點(diǎn)介紹了光固化預(yù)浸料修理技術(shù)的特點(diǎn)及工藝流程，最后介紹了光固化復(fù)合材料補(bǔ)片在飛機(jī)蒙皮修復(fù)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；光固化；修理工藝；維修技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.038

1 光固化預(yù)浸料修理技術(shù)

1.1 概念及應(yīng)用范圍

光固化預(yù)浸料修理技術(shù)就是用紫外燈照射填補(bǔ)在損傷處的光敏預(yù)浸料，使其迅速固化，對損傷進(jìn)行快速修復(fù)，光固化預(yù)浸料修理技術(shù)適用于多種不同材料的損傷修復(fù)。光固化預(yù)浸料修復(fù)技術(shù)由于采用的是紫外光，能耗低，節(jié)能性好，相比于其他修復(fù)技術(shù)不會產(chǎn)生有害物質(zhì)，不會污染空氣，不會對自然產(chǎn)生危害，是一項(xiàng)新型環(huán)保修理技術(shù)。

1.2 特點(diǎn)

光固化預(yù)浸料修理技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：（1）由于無需在修理過程中準(zhǔn)備補(bǔ)片，縮短了維修時間，提高了維修效率；（2）可靠性，修理不使用螺釘或鉚釘，不需要對原結(jié)構(gòu)開新孔，不會形成新的應(yīng)力集中源，修理強(qiáng)度高，有利于提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能和損傷容限性能；（3）通用、實(shí)用性好，適用于金屬和復(fù)合材料等材質(zhì)的修理；（4）增重小，粘接修理補(bǔ)片比強(qiáng)度高，比剛度高，自身重量輕并且減少了連接結(jié)構(gòu)件的使用；（5）清潔無污染。

1.3 光固化預(yù)浸料修理技術(shù)工藝流程

這一新興技術(shù)主要修復(fù)流程如下：

（1）將自由基固化型樹脂作為基體材料，其為乙烯基酯樹脂、不飽和聚酯樹脂或聚氨酯丙烯酸酯樹脂；并做一定改性處理，包括合成、置換和添加光活性交聯(lián)單體手段；

（2）將自由基型光引發(fā)劑和熱引發(fā)劑，匹配組成高效“光-熱復(fù)合引發(fā)體系”；

（3）通過相對應(yīng)的光引發(fā)劑選擇敏促進(jìn)劑；

（4）采用適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)材料，制成具有一定厚度的復(fù)合材料預(yù)浸料，所述增強(qiáng)材料為玻璃纖維，其是纖維布、纖維布與氈的復(fù)合織物中的一種；

（5）用紫外光燈對大于十毫米的預(yù)浸料在一分鐘內(nèi)一次性進(jìn)行照射固化預(yù)浸料。

2 光固化復(fù)合材料補(bǔ)片在飛機(jī)蒙皮修復(fù)中的應(yīng)用

2.1 損傷現(xiàn)象

飛機(jī)蒙皮大部分是鋁合金材料制成，通過鉚釘?shù)染o固件固定于飛機(jī)框架結(jié)構(gòu)面，形成了整個飛機(jī)的氣動外形。飛機(jī)蒙皮在地面與在空中所受到的空氣壓力是不同的，在地面座艙內(nèi)壓力與外界大氣壓基本相同而到了空中外界大氣壓力遠(yuǎn)小于座艙內(nèi)部壓力。

2.2 維修步驟

首先要判定損傷的方式、形狀和大小來確定、選擇、制造相對應(yīng)的的補(bǔ)片。補(bǔ)片粘貼到位后用手?jǐn)D掉貼合縫處的空氣，即可撕下濾光膜進(jìn)行固化。用紫外光燈照射材料表面的預(yù)浸料，約十到十五分鐘就能夠完成整個固化階段使補(bǔ)片與結(jié)構(gòu)件形成整體。補(bǔ)片修理的步驟見圖1。

對于補(bǔ)片的制備和使用：準(zhǔn)備好特種光固化樹脂和表面經(jīng)過處理的玻璃纖維布，按照一定的比例和工藝要求進(jìn)行浸膠、鋪覆，通過加壓、抽真空等處理后，用避光材料密封包裝、備用，層疊式結(jié)構(gòu)是補(bǔ)片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，整個補(bǔ)片由七到十層材料構(gòu)成，中間層為四到七層玻璃纖維織片，用樹脂充分浸漬，上下表面各敷一層保護(hù)膜[1]。

對于補(bǔ)片的設(shè)計(jì)指標(biāo)有如下規(guī)定：（1）光固化速度≤20 min；（2）拉伸剪切強(qiáng)度≥18MPa；（3）剝離強(qiáng)度σ180°（F/B）>3N/mm；（4）使用溫度-50 ℃～ 100 ℃；（5）貯存期-50 ℃～50 ℃下不少于6個月。

接下來進(jìn)行的是蒙皮材料修復(fù)之后對承受應(yīng)力強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)，見圖2。用功率為1kW的中壓汞燈輻照紫外光8～ 10分鐘。在DECS -5000型儀器上進(jìn)行每分鐘五毫米的拉力試驗(yàn)之后，測得的拉剪強(qiáng)度：常溫下為16.76～18.49 M Pa，-50 ℃下為10.63～12.76MPa，100℃下為10.5M Pa。

對含有孔洞的鋁合金蒙皮板進(jìn)行修復(fù)前后的拉伸強(qiáng)度對比試驗(yàn)。將受到損傷（損傷大小為2，5，8和10毫米）的試驗(yàn)樣品進(jìn)行光固化修理并進(jìn)行承受應(yīng)力強(qiáng)度試驗(yàn)后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測得修復(fù)后的結(jié)構(gòu)件可以恢復(fù)到原強(qiáng)度的百分之八十五以上。

通過對飛機(jī)機(jī)翼下壁板蒙皮裂紋的修復(fù)，表明上述修補(bǔ)方法大大降低了裂紋的擴(kuò)展速率，在使用期限內(nèi)承受疲勞載荷的條件下未發(fā)生膠接破壞，此項(xiàng)技術(shù)也適用于民用機(jī)械設(shè)備的快速修復(fù)，并已在氣泵鋁合金導(dǎo)管、油箱等設(shè)備的修復(fù)中得到應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡文海，金延中.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷與修理[J].機(jī)械工程師，

2004（07）：49-50.endprint