飛機(jī)復(fù)合材料維修中非常規(guī)固化技術(shù)的有效運(yùn)用

王宇燦

摘要：非常過固化技術(shù)在飛機(jī)復(fù)合材料的維修中的有效應(yīng)用，彌補(bǔ)了常規(guī)固化技術(shù)中的缺點(diǎn)，為飛機(jī)復(fù)合材料的維修發(fā)揮了重要作用。飛機(jī)復(fù)合材料的最大優(yōu)點(diǎn)就是抗腐蝕性比較強(qiáng)，耐久性比較強(qiáng)，而且復(fù)合材料比較輕，減輕了飛機(jī)本身的重量。在對飛機(jī)復(fù)合材料維修中的非常規(guī)固化技術(shù)進(jìn)行了解之前，要對飛機(jī)復(fù)合材料進(jìn)行了解，并對復(fù)合材料的損傷情況進(jìn)行分析，探究非常規(guī)固化技術(shù)在復(fù)合材料維修中所發(fā)揮的作用。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料損傷；非常規(guī)固化技術(shù)；應(yīng)用

引言

飛機(jī)復(fù)合材料具有鮮明的特點(diǎn)，與其它材料相比復(fù)合材料更輕，更容易維修，復(fù)合材料已廣泛運(yùn)用于飛機(jī)上。目前，飛機(jī)的各個(gè)結(jié)構(gòu)都大量使用了復(fù)合材料，其具有很強(qiáng)的可靠性以及經(jīng)濟(jì)實(shí)惠性，逐漸成為了飛機(jī)制造商常用材料之一。復(fù)合材料在使用過程中不可避免的會(huì)受到一些損傷，對這些損傷位置運(yùn)用非常規(guī)的固化技術(shù)，是現(xiàn)代航空領(lǐng)域研究的重要課題。

1.飛機(jī)復(fù)合材料的應(yīng)用種類

飛機(jī)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)又被稱為纖維增強(qiáng)塑料。這主要是由于復(fù)合材料運(yùn)用了高強(qiáng)度的纖維增強(qiáng)材料，這種材料是嵌入在樹脂基體中的，一層一層累加起來，也就是所謂俗稱的層板。在疊加為層板之后，使用先進(jìn)的壓力加熱技術(shù)將此層板加壓加熱固化為堅(jiān)固而又堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)。飛機(jī)復(fù)合材料的組成主要包括纖維增強(qiáng)材料、基體以及界面層。纖維增強(qiáng)材料起到了承重、承壓的作用，并且均勻的分布在基體中，為基體提高了韌性；基體主要是連著纖維增強(qiáng)材料，從而使復(fù)合材料獲得形狀，對纖維增強(qiáng)材料起到保護(hù)作用；界面層就是一層涂抹在增強(qiáng)體外面的圖層，界面層的主要作用就是傳力，避免基體對纖維增強(qiáng)材料造成損傷，調(diào)節(jié)基體與纖維增強(qiáng)材料之間的物理、化學(xué)的結(jié)合狀態(tài)，對纖維增強(qiáng)材料能夠發(fā)揮作用做出保障。三者之間產(chǎn)生的復(fù)合作用，使得復(fù)合材料比之前單個(gè)材料的性能更加優(yōu)越，完成對飛機(jī)材料的強(qiáng)化以及韌性增大的效果。飛機(jī)的復(fù)合材料作為多部分組成的材料，它的物理性能以及機(jī)械性能都是隨著方向而發(fā)生改變的，它是一種不同方向有不同性能的復(fù)合材料。

2.復(fù)合材料的損傷

2.1復(fù)合材料基體樹脂裂紋損傷

復(fù)合材料在受到拉伸力度以及承載壓力過大的情況下，可以在偏軸層的位置發(fā)現(xiàn)基體出現(xiàn)裂紋。復(fù)合材料最先出現(xiàn)裂紋的一般是在90°鋪層的位置，然后是其他偏軸層。通常情況下，相對于軸向承受力方向的角度在越小的時(shí)候，復(fù)合材料的基體樹脂裂紋越不容易出現(xiàn)，而偏軸層的基體樹脂裂紋是偏軸層中最為常見的損傷。

基體樹脂裂紋主要是受偏軸層內(nèi)所受壓力大小的影響，如果層中的壓力達(dá)到或超過基體樹脂材料的承受范圍，以及壓力小于基體樹脂的破壞強(qiáng)度時(shí)，就很容易出現(xiàn)基體樹脂裂紋。此外，基體樹脂裂紋損傷的出現(xiàn)還和鋪層的順序有很大關(guān)系。比如（0/90/45）s層合板90°鋪層的裂紋要比（0/45/90）s層合板90°鋪層的裂紋要多。將偏軸層中的裂紋加一塊，很大一部分的裂紋是出現(xiàn)在材料疲勞之前。即使出現(xiàn)很多的基體樹脂裂紋，卻對飛機(jī)構(gòu)件的應(yīng)用不受影響，經(jīng)過一些實(shí)驗(yàn)表明，復(fù)合材料的安全性能是非常高的。

2.2復(fù)合材料撞擊損傷

通常情況下復(fù)合材料的耐撞擊性比較差，經(jīng)常由于外物撞擊而受到損傷。若是撞擊的力度不叫小的情況下，肉眼一般很難察覺到，實(shí)際上復(fù)合材料已經(jīng)受到損傷，使得其強(qiáng)度降低。復(fù)合材料在使用中經(jīng)常會(huì)受到一些外物撞傷，一般將這種損傷分為硬物撞擊損傷以及軟物撞擊損傷兩種。硬物撞擊后通常會(huì)使復(fù)合材料出現(xiàn)局部的損傷，使其強(qiáng)度降低，也可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生疲勞損傷。常見的硬物損傷有，飛機(jī)起飛或者著陸時(shí)跑道的石子撞擊以及飛機(jī)在飛行過程中出現(xiàn)冰雹天氣，這兩種都會(huì)對飛機(jī)的復(fù)合材料造成損傷。軟物撞擊主要是由于飛行中鳥類撞擊造成的損傷，在撞擊復(fù)合材料時(shí)，造成的損傷往往是局部的。無論是硬物還是軟物撞擊復(fù)合材料造成的損傷程度，主要取決于物體的大小、速度、材料以及撞擊的角度等。

2.3復(fù)合材料層間分層損傷

在面內(nèi)軸向載荷作用下，復(fù)合材料的周邊會(huì)出現(xiàn)層間壓力或應(yīng)力。若是外載荷作用產(chǎn)生的層間壓力為拉應(yīng)力，而且拉應(yīng)力要大于復(fù)合材料的層間強(qiáng)度，這時(shí)復(fù)合材料的周邊會(huì)出現(xiàn)分層狀況。另外，交變應(yīng)力的大小小于出現(xiàn)分層時(shí)的靜應(yīng)力的大小，那么復(fù)合材料的疲勞壽命在開始時(shí)也會(huì)出現(xiàn)分層情況。而復(fù)合材料的層合板的鋪層順序?qū)⒅苯佑绊懼鴱?fù)合材料的邊緣位置法向應(yīng)力到底是拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力。據(jù)調(diào)查顯示，復(fù)合材料中的兩個(gè)90°鋪層在黏在一起時(shí)，其邊緣位置也很容易出現(xiàn)分層損傷。對以上情況，一般用縫紉或編織的布包住邊緣位置，保證復(fù)合材料中基體材料的層間強(qiáng)度，提升層間的抗損傷能力。

3.非常規(guī)固化技術(shù)應(yīng)用

3.1微波固化技術(shù)

在復(fù)合材料受到損傷時(shí)，采用微波固化技術(shù)進(jìn)行維修，主要是由于復(fù)合材料在微波的作用下，使其內(nèi)部產(chǎn)生較高的溫度，使復(fù)合材料出現(xiàn)融化的狀況，由此產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。微波固化技術(shù)運(yùn)用于復(fù)合材料的原理也就是致熱效應(yīng)以及非致熱效應(yīng)。致熱效應(yīng)主要是指復(fù)合材料在微波下內(nèi)部溫度升高，加快了內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料的反應(yīng)；而非致熱效應(yīng)主要指微波輻射將復(fù)合材料中的例子以及極性分子在相關(guān)力的作用下引起的?，F(xiàn)在一般將微波固化技術(shù)解釋為，復(fù)合材料在外部電磁場的影響下，復(fù)合材料的內(nèi)部介質(zhì)出現(xiàn)極化現(xiàn)象，極化強(qiáng)度矢量要比外部電磁場強(qiáng)度適量小，使得電廠出現(xiàn)電流，繼而復(fù)合材料出現(xiàn)功率消耗，此時(shí)的微博能轉(zhuǎn)化為了熱能。微波固化技術(shù)與其他固化技術(shù)有一定優(yōu)勢，效率比較高，切骨化的速度也比較快，很容易得到控制。當(dāng)前我國針對微波固化技術(shù)開發(fā)出一種便于攜帶的微波固化機(jī)，在輔助其他微波施加器的情況下，將復(fù)合材料的維修工作效率得到大大提升，且在修復(fù)后材料的強(qiáng)度也提升了很多。

3.2電子束固化技術(shù)

電子束固化技術(shù)也就是電子在電廠的受力情況下，將能量匯聚為束，且電子束的能量和密度都很高。在飛機(jī)的復(fù)合材料維修中，電子束固化技術(shù)是將復(fù)合材料中的樹脂基體材料在電子加速器的作用下，在形成電子束后并照射到樹脂基體材料中，較高的能量為材料分子獲得足夠的能量，在失去熱平衡后，材料中會(huì)受熱產(chǎn)生氫原子和碳分子，此時(shí)的碳分子會(huì)釋放出活化能，進(jìn)而促使氫原子與碳原子產(chǎn)生相互聯(lián)系，最終形成固化。電子束固化技術(shù)也就是通過電子束將復(fù)合材料中的聚合物進(jìn)行分解、合成，最終形成固化的反應(yīng)，而材料中的聚合物的反應(yīng)往往與材料的特性以及其他添加劑等因素有著很大關(guān)系。電子束固化技術(shù)的優(yōu)勢在于，他可以在常溫或者低溫度的情況下進(jìn)行維修，其效率也是很高的，維修時(shí)間短，它不僅可以防止復(fù)合材料出現(xiàn)變形的情況，還可以忽視復(fù)合材料的一些線性膨脹因素對其產(chǎn)生的影響。

3.3紫外光固化技術(shù)

紫外光固化技術(shù)，主要是運(yùn)用了光敏劑的感光性能，在紫外光的照射下，復(fù)合材料的內(nèi)部出現(xiàn)分解，并產(chǎn)生自由離子，使得材料中的有機(jī)物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并最終形成固化的目的。一般情況下，任何波長的光對復(fù)合材料都能起到固化的作用，而現(xiàn)在主要采用的是紫光固化技術(shù)。紫光固化技術(shù)使用的是紫光發(fā)射器，將光敏劑涂于復(fù)合材料的損傷位置，將紫光發(fā)射到該位置就可以將其進(jìn)行修復(fù)。這種固化技術(shù)，可以在低溫下使用，工作效率高，其維修過程簡單，不需要借用其他儀器輔助，現(xiàn)在已被廣泛運(yùn)用于飛機(jī)復(fù)合材料的維修中。然而這種技術(shù)并不是完美的還存在一些缺點(diǎn)，即只能運(yùn)用于復(fù)合材料的輕微損傷，只能對表面進(jìn)行固化維修。

總結(jié)

復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用，也就不可避免的會(huì)出現(xiàn)各種損傷。對不同損傷進(jìn)行分析，采取合適的固化技術(shù)對復(fù)合材料損傷進(jìn)行維修處理。當(dāng)然這些非常規(guī)固化技術(shù)都能夠有效解決損傷問題，但還是存在一些缺點(diǎn)。掌握固化技術(shù)的特點(diǎn)及原理，并不斷研發(fā)新的固化技術(shù)，保證飛機(jī)復(fù)合材料的維修工作的正常進(jìn)行，為飛機(jī)的飛行質(zhì)量提供保障。

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