无人机复合材料裂纹的粘接修复工艺探析

无人机复合材料裂纹的粘接修复工艺探
析
摘要：复合材料在无人机制造中具有较高的利用率，如果复合材料在结构中出现磨损、裂纹等，修复及时就会直接影响无人机的性能，对无人机的飞行造成安全隐患。

所以需要详细的对复合材料裂纹的修复工艺、修复方法等进行分析，从而保证无人机的使用性能。

关键词：无人机；复合材料；裂纹粘结；修复
随着科学技术的不断发展，无人机结构设计中多数利用的都是复合材料,复合材料不仅具有重量轻和设计空间大等特点，而且利用起来比强度和比刚度高。

复合材料的利用还能减轻无人机的机身重量，增加无人机的有效载荷，提升无人机的隐身性。

但是无人机在使用的过程中会受到多种因素的影响，从而导致其出现冲击性损伤和结构裂纹损伤[1-2]。

裂纹损伤会降低无人机的承载性能，影响无人机的使用安全。

复合材料裂纹修复包括机械修复和粘接修复两种，现阶段主要利用的就是粘接修复方法。

本文主要分析粘结修复工艺对于无人机复合材料裂纹的修复价值。

1.
修理工艺
1.1修理工艺的要求
在对无人机复合材料的裂纹损伤进行修复时，不仅要遵循民用复合材料的修
理原则，同时也要遵循以下两个原则：首先，修复区域的投影面积要控制在总区
域面积的15%以下;其次在完成修复后，对于零件的额外增加质量要控制在原有基
础质量的2%以内。

在无人机的粘接修复中，只有满足以上原则，才能一定程度上
保证无人机的修复性能，保证修理结构的稳定性。

1.2修补方案设计
在进行无人机修复时，通常使用复合材料补片进行单侧粘贴，但是因为补片的材料、几何尺寸等情况不同，所以对于胶粘剂的选择也有一定差异性，这就导致在修补后凹槽的裂缝也有所不同，所以一定要加强对修补参数的设计，加强对修补工艺的利用，保证良好的修补效果。

1.2.1补片材料的选择
一旦无人机复合材料出现裂纹损伤，就要对其进行侧补片修补，补片材料的强度和模量等会直接影响补片的质量，所以补片和无人机的复合材料膨胀系数需要相匹配。

同时，补片具有容易成型的优点，也不会对无人机复合材料产生腐蚀。

综合来说，国产玻璃、碳、硼和碳纤维材料的性能和价格等比较适合对无人机复合材料修补的需要。

1.2.2补片尺寸设计
在实际的裂纹修补过程中，需要根据裂纹的长度进行补片尺寸选择，这在一定程度上能够有效的提高构件的强度和使用寿命，使构件的利用范围增加，如果超过既定的性能和强度，就会使构建的使用强度和寿命缩短，影响无人机的使用安全。

之所以补片尺寸的设计如此重要，主要原因是:(1)按照接头胶接理论，胶层传递剪切载荷会使补片发生变形现象，如果发生部位在接头部位，其指数迅速变为零，如果胶接接头在其他部位，胶层就不会传递载荷。

(2)在进行修补后，修补区域的刚度会变大，导致周围修补的应力逐渐向修补区域靠拢，使修补的载荷量增加。

如果补片的长度过大，就会导致修补区域的刚度变大，对结构造成不良影响。

所以在进行粘接修理的时候,一定要谨慎选择搭接长度，考虑修件的受力情况，考虑使用材料的性能，保证补片能够把裂纹完全覆盖。

1.2.3胶粘剂的选择
在进行无人机复合材料选择的时候，粘接补片属于是主体，而胶层就会在裂缝中发挥媒介作用，所以此时加强对粘结剂的选择十分关键。

所以进行裂纹修补的时候，对于胶粘剂的选择也要考虑各种外界因素，保证修补时的施工条件[3]。

一般情况下，无人机复合材料粘接所利用的材料为改性环氧树脂胶、酚醛-缩醛胶等。

其中改性环氧树脂胶粘剂的性能更好，其可以满足对复合材料的修复需求，不仅污染小，而且价格比较经济实惠，其对于无人机复合材料的粘接修理具有显著的利用价值。

1.4修复工艺过程
在对无人机复合材料裂纹进行粘接修复的时候，首先需要对修补部位进行打磨、清洗，然后利用机械方法对裂纹部位的油漆层进行清理，保证修复部位的清洁，然后利用丙酮等挥发性溶剂对打磨区域进行清洗。

其次就要对修复部位进行涂胶，尽量可以选择裂纹部位表面利用环氧树脂当作底胶，室温温度进行24h固化后，需要利用砂布进行打磨，将粉尘吹净后，在破裂的位置涂抹改性的环氧树脂胶，保证胶在涂抹的时候，防止气泡形成，但是需要注意涂刷的过程需要向着一个方向移动，这个速度不能太快，但是这个过程中能够将气体和水分排除[4-5]。

接着贴碳纤维织布。

贴之前需要利用记号将粘贴的横竖坐标画出来，用于贴补区域外轮廓线，然后将裁好的碳纤维织布压贴在胶面上，利用刷子将布紧紧的贴合在修补部位，最好可以让胶液渗透碳纤维织布，保证第1层碳纤维织布在完全渗透后方便在第2层进行涂抹，但是需要贴第2层碳纤维织布，在重复进行后，保证纤维织布的利用符合实际的需求。

然后进行辐照固化。

这个过程中需要加强对250W紫外灯的利用，辐照粘贴碳纤维织布要想贴合就要实现固化。

再次对裂缝进行整修及后处理。

对于修复好的部位，需要适当的进行加工修复，将多余的胶刮掉，然后将其在修理层轻轻进行打磨，保证其打磨部位平滑。

最后对修复质量进行检查。

首先可以利用肉眼或放大镜对粘接部位的边缘等进行观察，观察其粘结部位是否具有翘曲、鼓起和接缝不良等现象。

综上所述，在对修补工艺进行使用的时候，先后对无人机复合材料裂纹进行多次修补，修补效果良好。

这就充分说明，修补工艺的利用能够有效的防止裂纹扩展，将裂纹尖端的应力强度因子减少，保证裂缝的强度和抗疲劳性能，满足无人机使用的需求。

参考文献：
[1] 邓健,卢天健,尹乔之. 复合材料MMB试件Ⅰ-Ⅱ混合型层间裂纹扩展分析[J]. 航空学报,2021,42(2):144-155.
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[3] 郑伟玲,郑龙席. 复合材料层合板界面裂纹能量释放率解析方法研究[J]. 西北工业大学学报,2019,37(1):137-142.
[4] 储辰辰,蔡恒,乔晓军,等. 多尺度方法预测复合材料层板裂纹扩展[J]. 西安电子科技大学学报（自然科学版）,2018,45(3):45-51.
[5] 张玉波,郭荣鑫,夏海廷,等. WCp含量对粉末冶金Cu/WCp复合材料疲劳裂纹扩展行为的影响[J]. 材料工程,2017,45(1):85-92.。