光固化碳纤维预浸料在航空装备修理领域的应用

  飞机结构战伤快速抢修是迅速恢复飞机完好,保证装备数量优势的重要途径。传统修理工艺难以满足战场抢修的要求。主战飞机结构战伤快速抢修技术是以光固化为手段,将预浸料修理补片粘贴到损伤区,在紫外光的照射下迅速固化,在短时间内完成飞机结构损伤修复的一种新材料。复合材料柔性修理补片由光敏胶做基体、以碳纤维或玻璃纤维做增强材料经特定工艺复合而成。

  光固化预浸料胶接修理技术就是利用光敏胶固化速度快的特点,将碳纤维预浸料补片粘贴到损伤部位,用紫外光照射固化,对裂纹、孔洞、腐蚀、灼伤等损伤进行快速修复。它的优点如下:

  1)快速性。补片可预先制备,节省了现场制作补片的时间,修理工艺简单,操作方便,从准备、实施修理到装备投入使用的时间短。

  2)可靠性。修理不使用螺钉或铆钉,不需要对原结构开新孔,不会形成新的应力集中源,修理强度高,有利于提高结构的抗疲劳性能和损伤容限性能。

  3)易成形。修理补片在固化前呈柔性,粘贴时可根据需要任意改变其形状,适用于各种复杂形状机件的损伤修理;修理后补片与原结构贴合较好,具有恢复原有结构形状和保持气动外形的能力。

  4)可达性。粘接修理所用工具少,操作时所需空间小,尤其适用于空间狭窄的机体内部损伤修理。

  5)自成体系。操作中使用的工具、设备少,便于野外抢修。

  6)通用性好。适用于金属和复合材料等材质的修理。

  7)增重少。粘接修理补片比强度、比刚度高,属高分子有机材料,自身重量轻,又省去了螺钉、铆钉等金属连接件,因而,修理后重量增加少。

  8)清洁无污染。传统的热固化胶粘剂中含有大量有毒的有机溶剂。固化时有害溶剂受热挥发,在固化完成后,也会残留少量的有毒的溶剂和未固化单体,对人员和环境造成危害。紫外光固化树脂本身无溶剂,固化之后几乎无残留单体,无污染。

  9)操作方便。光固化装置质量轻、体积小、携带方便,适合于野外使用。

  10)无须加热。可用于热敏器件的粘接。

  将紫外光固化粘接技术应用到航空装备修理领域,运用光敏树脂浸渍碳纤维增强材料制成柔性预浸料修理补片,用粘接的方法贴补到破坏损伤区,在紫外光的照射下迅速固化,从而在短时间内完成装备战伤抢修。该技术具有所需设备少、结构增重小、修补强度高、易于成型、通用性强、操作简单等特点,可适用于多种材质、多种损伤模式下复杂结构的快速修理。通过对复合材料补片强度和刚度的计算与分析,以及对铺层尺寸、铺层方式及补强等进行优化,为补片的设计与制备提供理论上的参考和依据。

  该技术的应用,将实现我军飞机结构战伤抢修由传统工艺技术向现代新型工艺技术的转变,有助于改善我军航空装备战伤抢修技术手段,丰富我军战伤抢修技术储备,提高飞机结构快速抢修能力和抢修效率。

 

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