复合质料飞机修理手艺的新生长
泉源： 本站 宣布时间：2021-01-13
复合质料在航空航天领域的应用已经抵达一个新的高度，，，，，复合质料维修手艺也在一直地生长和前进。。。。。。。2019年9月3-4日，，，，，HEATCON公司和SAMPE团结举行了复合质料维修手艺培训，，，，，HEATCON公司重点解说了新型复合质料结构修理的新手艺、操作历程、装备原理并举行现场演示操作，，，，，培训内容包括HCS7600双真空处置惩罚（DVD），，，，，HCS3100修理罐以及固化加热温度匀称性控制等手艺。。。。。。。
复合质料在航空领域的应用始于上世纪60年月，，，，，最早最先研发和使用复合质料的飞机部件有整流罩、扰流板、航行控制部件等。。。。。。。由于复合质料结构的主要优势是强度高、重量轻、耐侵蚀、抗疲劳性能好等，，，，，以是复合质料的应用量在航空航天领域一连增添，，，，，复合质料在航空航天结构应用领域变得越来越主要。。。。。。。目今新一代的大型客机已被设计和制造玉成复合质料机身、全复合质料机翼的结构；；；；；； ；；由此复合质料在整体飞机结构的比重大幅上升，，，，，如波音777飞机的复合质料重量占比为11%，，，，，而在波音787飞机的复合质料重量占比抵达了50%。。。。。。。
随着这些复合质料应用占较量大的飞机的投入运营，，，，，全球众多MRO、航空公司为应对新型复合质料结构的修理举行了职员培训、装备设施配备等准备事情。。。。。。。为了知足这些先进复合质料结构的修理手艺要求，，，，，行业从业职员需要对复合质料结构、质料及工具装备举行深入的相识和熟悉。。。。。。。
复合质料结构部件在制造时使用的主要装备为热压罐和烘箱，，，，，而飞机的机 身、机翼等主承力结构部件均是在热压罐内制造的，，，，，这是由于热压罐在知足复合质料温度固化工艺的同时还可以提供高正压的情形。。。。。。。全复合质料机身、机翼等部件是由十几层甚至几十层的碳纤维单向带或碳纤维织物预浸料等质料按设计的偏向和层数在模具上完成铺层，，，，，然后装载到热压罐内执行固化工艺，，，，，完成制造历程。。。。。。。
险些所有复合质料的制造或修理历程都要面临的一个挑战即是孔隙率问题，，，，，这也诠释了为什么许多复合质料部件的制造要在热压罐内高正压的情形下完成，，，，，其主要目的是通过施加高正压来降低复合质料制品的孔隙率。。。。。。。在烘箱或者其他热压罐外的操作，，，，，通过抽真空的方法理想情形下只能获取到最大一个大气压的压力。。。。。。。
孔隙率是指逍遥体积在质料中的占比。。。。。。。在复合质料应用领域，，，，，孔隙是指部件内部没有被树脂或纤维充分的空间。。。。。。。复合质料部件中的孔隙是由多方面的因素导致的，，，，，并且让复合质料部件的孔隙率抵达0的水平也是很是难题的。。。。。。。
为包管复合质料部件的性能，，，，，将孔隙率控制在尽可能低的水平是极其须要 的，，，，，这是由于复合材部件的力学性能如剪切强度、弹性模量等和孔隙率水平有着直接的相关关系。。。。。。。据试验和研究验证发明，，，，，孔隙率每增添1%复合质料结构的层间剪切强度会降低7%或更高。。。。。。。如图1所示，，，，，层间剪切强度和孔隙率的对应关系。。。。。。。通常对复合质料部件来说，，，，，孔隙率水平要控制在2.5%以下；；；；；； ；；有些情形下，，，，，放宽到5%以内也是可以接受的。。。。。。。
复合质料内部泛起逍遥的因素包括空气滞留、挥发物及排气、树脂渗透、工具及真空袋漏气等。。。。。。。相对应地，，，，，降低逍遥率水平的要领有：优化抽真空效果，，，，，如提高抽真空压力、检查并消除真空袋漏气；；；；；； ；；对证料施加高正压压力；；；；；； ；；改善气泡移动性，，，，，将气泡倾轧等。。。。。。。
如前面所提到的，，，，，复合质料机翼、机身等部件均是通过在热压罐内执行加 温加压工艺完成固化历程的，，，，，其降低孔隙率的原理是通过使用热压罐，，，，，对证料施加高达几个大气压的压力。。。。。。。当这些复合质料部件完成制造并组装成飞机，，，，，而在飞机装配历程中泛起意外损伤；；；；；； ；；或者飞机交付给客户，，，，，在飞机运营历程中泛起损伤，，，，，就需要面临维修这些损伤的问题。。。。。。。
航空复合质料维修已有几十年的历史，，，，，现在各大MRO、航空公司修理和运营的主流机型是复合质料占比相对较低的经典机型，，，，，如波音737系列、波音777系列、空客320系列、空客330 系列。。。。。。。目今主要的修理方法要领包括：针对6层或6层以下的损伤或结构，，，，，接纳抽真空施加负压的方法加压，，，，，运用热补仪、电热毯或其他加热装备控制温度工艺的方法来完成局部损伤的修理；；；；；； ；；而针对6层以上的损伤或结构以及其他手册特殊要求的结构，，，，，是将部件拆解下来，，，，，接纳进热压罐的方法来完成修理，，，，，如反推的修理。。。。。。。关于复合质料部件的二次或多次进罐修理也保存一定的危害，，，，，由于进罐时部件将要经受整体二次加热，，，，，会导致一些区域泛起鼓包等问题。。。。。。。针对该问题，，，，，HEATCON公司研发推出HCS3100系列修理罐（US Patent 7,137,799; Canadian Patent: 2,534,014），，，，，由于接纳的是电热毯局部加热的方法，，，，，部件不会整体二次或多次受热，，，，，同时罐体也可以知足施加正压的要求，，，，，大大降低了危害，，，，，并且还可以大幅度地降低电能消耗、提高修理循环效率。。。。。。。关于HCS3100系列修理罐，，，，，在本次复合质料维修手艺培训上也举行了案例解说。。。。。。。
当类似787这样的新一代飞机的整体复合质料机身、机翼结构泛起损伤以后，，，，，原来常用的修理方法要领就变得不完全适用。。。。。。。首先，，，，，全复合质料机身、机翼结构均为数十层的层板结构，，，，，因此抽真空施加一个负压压力无法知足修理工艺要求；；；；；； ；；其次，，，，，对MRO和航空公司来说，，，，，将这些部件拆解下来进罐修理也已经不太现实，，，，，如波音787是整体分段的机身结构、整体复合质料机翼。。。。。。。即便理论上允许拆解并配备超大型热压罐，，，，，其爆发的本钱也是无法接受的。。。。。。。
针对这些问题，，，，，团结目今新型的复合质料修理手艺和要领的生长及应用，，，，，在复合质料维修手艺培训上，，，，，HEATCON重点解说了双真空处置惩罚工艺（DVD）修理要领。。。。。。。图2为HEATCON公司制造的HCS7600系列DVD.
图2
与热压罐通过施加高正压加压的方法降低孔隙率水平的原理差别，，，，，双真空处置惩罚工艺是一种通过倾轧复合质料内滞留的空气以及挥发物等降低复合质料孔隙率的手艺。。。。。。。当复合质料机翼、机身层板结构泛起损伤后，，，，，为了实现局部原位修理，，，，，在将损伤扫除并完成粘接面的准备事情后，，，，，接下来要举行的就是接纳双真空处置惩罚工艺制作复合质料预固化修理补片。。。。。。。其工艺的原理和历程如下：
双真空指的是图3所示的V1内真空和V2外真空。。。。。。。首先凭证处置惩罚好的损伤粘接面确定和裁剪需要使用的预浸料修理质料的层数、偏向及巨细，，，，，然后将这些质料凭证准确的顺序和偏向铺层并安排在V1内真空内里。。。。。。。各项设置事情和检查事情完成后，，，，，将V1和V2先后调理至最大真空值，，，，，并注重坚持V2≤V1的状态，，，，，这个历程可以阻止气泡将嵌在预浸料铺层之间，，，，，从而有用地使这些气泡在V1的作用下倾轧。。。。。。。接下来最先执行设置好的预固化温度工艺历程，，，，，对铺层举行加热和保温处置惩罚历程，，，，，随着温度的升高，，，，，预浸料内的树脂黏度最先降低，，，，，流动性增强，，，，，这个历程中可以进一步倾轧铺层内的气泡以及爆发的挥发物。。。。。。。一旦预设的双真空加压时间完成，，，，，即可通过旋转DVD设惫亓调理阀将V2调至释放模式，，，，，并继续保存V1，，，，，在V1的作用下，，，，，将预浸料铺层举行压实，，，，，直至预设的整个工艺时间完成。。。。。。。至此，，，，，复合质料修理预固化补片的制作完成，，，，，通过旋转DVD设惫亓调理阀将V1也调至释放模式，，，，，然后将制作完成的补片取出。。。。。。。
图3
差别的质料，，，，，其处置惩罚工艺温度和时间要求会有所差别，，，，，并且补片制作历程 中的加热和保温温度是低于该质料的最终固化温度的，，，，，以是双真空工艺制作的预固化修理补片并没有完全固化。。。。。。。
通过双真空处置惩罚工艺（DVD）制作完成预固化补片后，，，，，接下来就是将补片装置在被修理位置，，，，，并将固化工艺凭证预固化补片质料的最终固化工艺参数要求举行设置，，，，，以此来完成最终的固化修理工艺。。。。。。。通常的操作历程是，，，，，凭证修理质料的要求，，，，，在准备好的修理粘接面上敷设一层切合要求的胶膜，，，，，然后将预固化补片精准准确地安排在被修理位置。。。。。。。后续的事情和通例的修理方法要领类似，，，，，举行安排热电偶、脱模布、疏散膜、电热毯、制作真空袋等各项操作，，，，，然后执行固化工艺，，，，，完成原位修理。。。。。。。
现实的修理操作历程中，，，，，凭证差别的结构和位置，，，，，还会涉及到热漫衍检查等各项细化事情。。。。。。。
本次的复合质料维修手艺培训举行了现实的补片粘接修理展示。。。。。。。所使用的修理样板接纳碳纤维预浸BMS8 276 Type 40, Class2, Style 6K 70 PW 制作，，，，，为10层质料铺层的结构，，，，，铺层偏向从上往舷菇廖分为0°/+45°/90°/45°/0°/ 0°/45°/90°/+45°/0°。。。。。。。其所需要修理的层数为上面7层，，，，，修理区域接纳蹊径打磨的方法，，，，，处置惩罚完成的结构如图4所示。。。。。。。BMS8 276 的固化温度为350°F（177℃）。。。。。。。
图4
该修理的铺层层数为7层，，，，，以是需要接纳双真空处置惩罚工艺举行制作预固化补片（受培训园地条件的限制并没有举行现场的现实操作），，，，，补片效果如图5所示。。。。。。。在补片铺层时，，，，，最大的铺层安排在最底层，，，，，以是图5自上而下每层的偏向依次为：+45°/0°/0°/+45°/90°/45°/0°。。。。。。。
图5
将图5所示补片装置在被修理区域之前，，，，，首先在修理粘接面安排一层固化温度为350°F（177℃）的 BMS5154 胶膜，，，，，如图6所示；；；；；； ；；然后将预固化修理补片凭证准确的偏向和位置安排到修理粘接位置。。。。。。。
图6
在完成补片的安排后，，，，，在修理区域周围安排多个测温热电偶，，，，，然后依次安排脱模布、有孔隔离膜、吸胶布、无孔隔离膜、电热毯、透气棉等质料并完成真空袋的制作。。。。。。。接下来，，，，，对真空袋抽真空加压，，，，，并查找和扫除掉漏气点，，，，，确保抽真空的效果切合要求。。。。。。。所有这些事情完成，，，，，便可以让热补仪执行已经设置好的固化工艺程序，，，，，举行补片的固化，，，，，如图7所示。。。。。。。本次的固化工艺控制使用的是 HCS9000B 型单区热补仪。。。。。。。
图7
本次修理使用的固化工艺执行完成后，，，，，拆除真空袋、种种疏散膜、脱模布及热电偶等质料审查固化修理效果，，，，，如图8所示。。。。。。。
图8
随着复合质料在各个应用领域的进一步生长，，，，，新型复合质料部件的结构也更为重大，，，，，不但对修理工艺和处置惩罚要领提出了新的要求，，，，，也对复合质料修理使用种种装备和附件提供出了更高的标准要求。。。。。。。
接纳双真空处置惩罚工艺制作预固化补片的工艺要领可以有用地解决全复合材 料机身、全复合质料机翼等新型复合质料层板结构的原位修理问题。。。。。。。该工艺处置惩罚要领对古板复合质料修理方法要领及复合质料在其他领域的研究和应用具有很主要的借鉴意义。。。。。。。
