复合材料修理(理论)讲解
复合材料修复课件
目 录
• 复合材料修复概述 • 修复材料与技术 • 修复工艺流程 • 修复案例与效果评估 • 修复技术展望与改进方向
01 复合材料修复概述
修复的定义和重要性
定义
修复是指对损伤或破损的复合材料构件进行恢复、修补或强化的过程，以使其 恢复到可接受的使用状态。
重要性
由于复合材料在航空、航天、汽车、能源等领域广泛应用，修复损坏的复合材 料构件对于降低成本、延长使用寿命、提高运营效率具有重要意义。同时，修 复也有助于减少资源浪费和环境污染。
02 修复材料与技术
修复用复合材料
01
02
03
玻璃纤维复合材料
具有高强度、耐腐蚀、绝 缘等特性，常用于结构修 复。
碳纤维复合材料
具有优异的力学性能，可 用于提高修复部位的强度 和刚度。
树脂基复合材料
由树脂基体和增强材料组 成，具有良好的可塑性和 粘结性能，适用于填补和 加固损伤部位。
修复技 术
01 02 03 04
评估方法
• 实验室测试：通过模拟各种环境和载荷条件，对修复后的样品进行 性能测试和分析。
• 实地应用验证：将修复技术应用于实际案例，长期跟踪监测修复效 果，收集数据进行评估。
通过以上修复案例与效果评估，可以为复合材料修复领域提供有价值 的参考，推动修复技术的不断创新和发展。
05 修复技术展望与改进方 向
新兴修复技术介绍
1 2 3
3D打印修复技术 利用3D打印技术，可以快速、精准地制造出复 合材料构件的替换部分或修复补丁，提高修复效 率和精度。
纳米修复技术 利用纳米材料的高比表面积和活性，可以对复合 材料表面或内部缺陷进行纳米级别的修复，提高 修复质量和耐久性。
飞机复合材料的修理方法—复合材料结构修理方法
适用范围
在复合材料结构修理中，机械连接修理适用于被修理件较厚 且对气动外形要求不高的结构件以及外场快速修理。
根据连接紧固件的种类，机械连接修理可细分为螺接修理 和铆接修理。
修理主要考虑因素
01 补片的材料种类及厚度； 02 紧固件种类、数量； 03 紧固件排列方式； 04 正确的制孔工艺； 05 制孔对原结构强度造成的影响； 06 紧固件的装配与密封。
补片材料
• 补片材料可以是金属板或者复合材料预固化层合板。金属 板材料一般为钛合金板、不锈钢板或者铝合金板。
• 当铝合金板与碳纤维复合材料连接在一起时，需采取电偶 腐蚀防护措施。通常采用在铝合金板与碳纤维结构之间铺 一层玻璃纤维布或涂一层密封胶使它们隔开。
气动外形要求
对于飞机气动敏感区域的外部加强修理，一般需要采用埋头紧固件。 此时补片必须有足够的厚度，以便安装埋头紧固件。
时，修理材料要与固化温度要匹配
修理方法决定因素
复合材料结构修理是否采用热修理以及采用哪种温度，除了取决于损 伤结构原来采用何种固化温度制造外，还要考虑到损伤的程度、结构 种类以及修理方法。如果损伤范围较小或者临时性修理，可采用低于 原固化温度的固化温度修理。
某机型副翼层合 板修理方案
修理工作流程
➢ 封装是抽真空、加热固化前的必要工序。
冷修理
在室温下固化的修理又称为冷修理。冷修理一般应用于 受载不大或者次要复合材料构件修理。为了缩短树脂的 固化时间，有的时候冷修理也采用加热固化，但通常加 热温度不超过150oF。
冷修理一般不用在高应力区和主要结构件的修理上。
热修理
需要在一定温度下加热固化的修理又称为热修理 加热温度：200oF～230oF、250oF和350oF 200～230oF温度适用于采用湿铺层料的修理 250oF和350oF两种温度适用于采用预浸料的修理 复合材料主要结构一般采用热修理。采用热修理
航空复合材料修补-第一章概论
机种 阵风 JAS39 B-2 F-22 台风 国别 法国 瑞典 美国 美国 英德意西 用量 25% 30% 50% 25% 50% 具体应用部位
机翼、垂尾、机身结构的50% 机翼、前翼、垂尾、所有舱门 中央翼（身）的40%，外翼中部和侧后部， 机翼前缘 前中机身蒙皮、部分框、机翼蒙皮和部分 梁、垂尾蒙皮、平尾蒙皮和大轴 前中机身、机翼、垂尾、前翼，机体表面 的80%为复合材料
本章习题
1. 解释复合材料、先进复合材料的定义？
2. 简述复合材料在飞机上应用的发展趋势？
3. 解释湿铺层、预浸料和铺层角的含义？ 4. 简述层合板的特性和铺层设计时的注意事项。 5. 飞机复合材料如何用图样表达？
蜂窝 芯的 结构 形状
六角形蜂窝芯 柔性蜂窝芯
过拉伸蜂窝芯
蜂窝 芯的 结构 特性
较强的抗震、抗冲击和耐声抗疲劳性能
第1章 飞机复合材料结构的识别
1.2.3 复合材料结构图样表达-铺层图和剖面符号
铺 层 图
平面图：表示铺层的形状、几何尺寸及公差的视图。 剖面图：表示铺层的层次关系，铺层的起止、拼接、几何尺寸 及公差的视图。可不按比例绘制。
第1章 飞机复合材料结构的识别
1.2.1 复合材料层合板结构-铺层设计参数
总层数 铺 层 设 计 参 数 各铺层材料 铺层取向
铺层的纤维方向与层合板构件的 纵向（基准坐标X）之间的角度 复合材料层合板构件制 作时，铺层铺设时的先 后顺序。
铺层角
铺层顺序
n：零件图号 p：铺层代号 m：铺层序号， 从贴膜面起计
剖面符号
第1章 飞机复合材料结构的识别
1.2.3 复合材料结构图样表达
复合材料结构图样内包括：铺层编号、铺层取向、铺层图、 铺层表、剖面符号和图样附注。 图样附注内容：
复合材料结构修理-6.2 复合材料结构修理方法
冷修理
• 在室温下固化的修理又称为冷修理。冷修 理应用于受力不大、不重要的复合材料结 构修理。有的时候，冷修理也采用加热固 化，但通常加热温度不超过１５０F，加热 的主要目的是为了缩短树脂的固化时间。 注意，冷修理不能用在高应力区和主要结 构件的修理上。
热修理
• 非室温固化的加热固化修理又称为热修理。 通常加热的温度有２００～２３０F、２５ ０F和３５０F三种。其中２００～２３０F 温度适用于采用湿铺层料的修理，２５０F 和３５０F两种温度适用于采用预浸料的修 理。通常，复合材料主要结构都采用热修 理。热修理能够恢复原结构符合适航要求 的强度。采用热修理时，修理用的材料要 与所取固化的温度相适应。
5.机械连接修理
• 机械连接修理（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌ
是指在损伤结构表面采用螺栓或铆钉固定 一外部加强补片，使损伤结构遭到破坏的 载荷传递路线得以重新恢复的一种修理方 法。机械连接修理一般用于层合板的损伤 修理，加强补片与被连接件的结合面常用 同时涂胶黏剂胶接。
副翼复合材料层合板修理方案
修理工作流程
4. 胶接连接修理
• 复合材料结构修理多数采用胶接修理，胶接修理 适用于薄件或者较薄件的修理。广义的胶接连接 修理包括前面所述的铺层修理、注胶和填胶修理 等。这里介绍相对狭义的胶接连接修理。胶接连 接修理是指对一个构件因损坏断裂成两个部分或 者原来胶接连接的构件之间出现脱胶损伤，以特 定的连接形式，通过胶粘剂，使之连接成一体， 恢复其功能的修理方法。有的情况下，胶接修理 还需与机械连接修理一起对损伤实施修理。
第6章 飞机复合材料结构修理
6.2 复合材料结构修理方法
修理方法
• • • • 铺层修理 注胶与填胶修理 胶接修理和机械 连接修理
复合材料修复资料
玻璃纤维材料的修复-----------------------------------------------------------------------------------------其他行业的玻璃纤维修复1.汽车保险杠是玻璃钢的，损坏了只能用玻璃纤维和树脂来修补，首先你需要买树脂和玻璃纤维毡，这些卖玻璃钢产品的门市都有的，树脂论公斤卖的，叫他们给你配好了，因为其实它有三种材料：树脂、催干剂和固化剂，问清楚怎么用？因为都是化学材料，三者放在一起会起化学反应，放热的，量大的话还会爆炸的，所以要注意安全，不要被烫到了，不要被溅到眼睛里；玻璃纤维布注意最好买毡，因为毡是丝状的，可以一根根抽出来，便于修复修平汽车保险杠表面。
两者都买好了，开始修理了：拿个容器另外装树脂，少装些，别一次倒完了，然后再放几滴固化剂，注意搅拌均匀，固化剂可以少放，因为他起固化作用，少放固化慢一些就是了，放多了几分钟就完全固化了，你还没来的及修补呢！用个毛刷刷到到损坏的地方，然后贴些玻璃纤维毡，再刷些树脂上去，刷一次贴一次就可以了！干了以后打磨表面，最后喷漆就可以了！做玻璃这行看起来简单，其实也是技术活，要熟练才刷的平，没有空隙才行！液体是不饱和聚酯树脂【型号一般时191和196】但是要加固化剂和促进剂【俗称红水和白水】比例根据温度而不同，调和后要在规定时间内糊完，否则就会固化2.买玻璃丝布，环氧树脂，固化剂和柔软剂，先把破口处理一下，再刷环氧树脂混合液，后铺玻璃丝布，这样做三脂两布，固化后，打磨平整。
玻璃钢（FRP）亦称作GFRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。
以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢，注意与钢化玻璃区别开来。
由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。
质轻而硬，不导电，性能稳定.机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。
复合材料的粘结修理
复合材料的粘接修理前言复合材料在飞机上的用量愈来愈广，以空中客车A380为例，用量占结构重量的28%，B787占51%。
复合材料结构由于比重轻，强度大，刚度大，不易腐蚀等特点，在现代民航运输机中得到大量采用。
因此，涉及复合材料结构损伤的维修便日益重要，特别是由于复合材料结构抗冲击能力差，在使用中极易受到外来因素（如鸟击、雷击、弹伤以及维护或操作不当等情况）发生以冲击损伤为主的各种结构破坏，如分层、裂纹、破孔和断裂等。
这些损伤会显著降低复合材料的静、动态承载性能，严重时会直接影响飞行安全，如不及时修复，将会使整个复合材料部件失效，花巨额费用进行更换。
复合材料的修理方法可分为机械修理和粘接修理两大类。
机械修理方法存在着结构增重较多、修理区应力较大、修理补片影响修复区的电性能等缺点，因此，目前复合材料结构损伤主要采用粘接修理方法。
一、标准复合材料修理（一）常见结构复合材料结构制造中所采用的材料为玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）以及芳纶纤维增强塑料（AFRP）。
这些材料用于夹心结构以及整体结构的制造。
在进行永久修理时，修理材料一般必须按下列准则与原制造材料相配合：Ⅰ、只用碳纤维材料修理碳纤维结构。
Ⅱ、只用玻璃纤维材料修理玻璃纤维或芳纶纤维结构。
A、蜂窝夹芯部件玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料以及芳纶纤维增强塑料构成了这类部件的蒙皮，然后将蒙皮与金属或非金属的芯子胶接在一起，芯子通常采用蜂窝结构。
B、整体结构部件整体结构部件由带内部桁条、肋及翼梁的复合材料蒙皮构成。
它提供刚度及强度。
C、混合结构部件这类部件由混合结构制成，包括部分整体结构及部分夹芯结构。
（二）修理材料1、环氧树脂体系环氧树脂由两部分组成：树脂和催化剂（也称固化剂）。
环氧树脂提供了很好的机械和抗疲劳性能，尺寸稳定性相当好，抗腐蚀，层间结合强度高，有良好的电学性能和低的吸湿性。
2、纤维增强材料①玻璃纤维②Kevlar纤维——芳纶纤维③碳/石墨④硼⑤陶瓷纤维3、粘接剂①胶膜胶膜是涂在一层支持薄膜上的粘接剂。
复合材料的维修
• 蒙皮损伤不超过三个铺层的厚度 这种情况，除用胶粘剂填充固化外，还。需在
表面覆盖一外铺层，再恢复表面涂层。见图3-8。
图3-8 不超过三个铺层厚度的永久性修理 42
• 蒙皮损伤超过三个铺层厚度的埋头修理 这种情况可用室温固化湿铺层或预浸料热补的
22
• 嵌入式补片修理（不含蜂窝芯修补） 该方法适用于修理含穿透性或半穿透性损伤较
厚的零部件。修理时需要去掉一部分母体材料，便制 成斜面或台阶面，工艺较复杂，耗时较多，一般在永 久性修理时采用，效果较好。
接头形式有两种：斜削式和阶梯式。 补片材料一般为复合材料单向带，铺层结构与 母体相同，固化形式也有两种：预固化和共固化。
类型：
临时性修理 和 永久性修理
临时性修理也叫外厂紧急修理，这种情况切实可
行的办法是采用金属补片机械连接。
永久性修理业叫返厂修理（或内厂修理），一般
在飞机定检时进行，当损伤比较严重时，应将可拆卸
的部件送到复合材料维修中心进行修理。
3
第二节 修理复合材料结构的设计原则
所有复合材料结构，特别是易受到损伤的部件， 在设计时就应考虑到可修理性、修理技术的可行性、 有效性和经济性。同时，应使修理后的结构强度和刚 度恢复尽可能的高，重量增加尽可能的小，还应恢复 原结构的功能，保持原结构的光滑完整。为此，设计 中应考虑下列修理的设计原则：
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（3）分层：如层压板分层，面板与蜂窝芯分层等。 （4）脱胶：如胶接面脱胶，层压板脱胶及面板与蜂窝
芯之间脱胶等。 （5）慢性长期损伤：如疲劳裂纹等。 （6）渗水、吸潮损伤。 （7）制造过程产生的损伤，如气孔等。
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根据损伤的程度和损伤的部位的重要性，可将 复合材料飞机结构的损伤分为三大类：
飞机复合材料修理技术研究
飞机复合材料修理技术研究复合材料在飞机领域的应用范围越来越广泛，在制造和使用过程中出现了各种结构缺陷和损伤，因此对复合材料的修理和维护成为重要的研究领域。
对飞机复合材料的合理维修可以有效降低成本，提高飞机的安全系数。
主要对复合材料在飞机领域的应用进行了介绍，总结了常见的复合材料维修方法。
标签：复合材料;维修;应用一、复合材料的结构构成该机型所使用的复合材料是由玻璃纤维或由环氧树脂基体（树脂）制成的碳布组成的。
环氧树脂基体可以保护纤维，并转移分布在纤维上的载荷。
环氧树脂是一种热固性材料，一旦其形状成型，将不再改变。
纤维具有抗拉强度高的特点，但其抗压和弯曲强度较低;环氧树脂基体具有较高的抗压强度和剪切强度。
其中，固体压板（层压板）结构是由一个或多个纤维布和环氧树脂基体铺层组成的;二级胶接是用胶粘剂将预固化的复合材料零件固定的结构连接;夹层结构是由两个包围着闭孔泡沫芯的层压板组成的。
二、飞机复合材料的维修技术2.1飞机复合材料的维修准则在飞机复合材料的维修中，需要满足以下几点要求：1）满足飞机的载荷和强度要求;2）满足结构的刚性要求;3）满足耐久性要求;4）满足气动光滑性要求;5）修理后增重效应小;6）修理的时间短、成本低。
2.2飞机复合材料修理方法在飞机复合材料的修理方法中，主要包括了贴补法、挖补法、注胶法、机械连接法等方法。
按照连接形式划分，可以分为机械连接修理和胶接修理两种。
（一）胶接修理胶接修理是飞机复合材料最为常见的修理方法，在飞机复合材料中主要采用的结构形式是层合板和复合材料蜂窝夹芯结构。
在复合材料蜂窝夹芯结构的修理中主要是层合板和芯材的修理两个方面。
在复合材料修理的分类中，可以根据补片与原结构的位置分为贴补修理和挖补修理。
（1）贴补修理在贴补修理中主要是在损伤结构的外表面胶黏固定补片的修理方式，通过贴补修理可以恢复损伤构件的结构强度和刚度。
首先将损伤区域的结构清除，打磨成圆孔，也可以根据实际需求打磨成任意形状。
复合材料结构修理-2.4 复合材料结构类型(1)
– 同一复合材料构件中只含有一种增强材料的 复合材料，称为单一复合材料。单一复合材 料无需特别说明。
• 混杂复合材料(Hybrid Composites）
– 同一复合材料构件中含有两种或两种以上的 纤维混合或不同纤维的铺层混合构成的复合 材料称为混杂复合材料。混杂复合材料需注 明由哪几种增强材料混杂。
按基体类型分类
• 非金属基复合材料：分别以树脂、陶瓷材 料、碳等为基体构成的复合材料。
• 金属基复合材料（MMC）：以金属为基体 构成的复合材料，如铝基复合材料、钛基 复合材料和铜基复合材料等。
按增强材料的几何形状分类
• 长纤维（连续）增强复合材料 • 短纤维增强复合材料 • 颗粒增强复合材料
按同一复合材料构件中含有增强材 料种类的数量分类
（3） 复材夹芯结构特性
(1) 具有比常规金属结构更高的比强度； (2) 蜂窝夹芯结构与厚度等于上、下面板厚度
之和的平板相比，更高的抗弯刚度； (3) 蜂窝夹芯结构具有较好的隔热和隔音性
能； (4) 具有较强的抗震、抗冲击和耐声疲劳性
能。
（4） 夹芯结构的应用
• 飞机复合材料结构件大多数都采用蜂窝夹 心结构：
层合板构造示意图
层合板原材料
• 湿铺层(Wet Lay up) ：
– 纤维布。 – 铺层树脂。不同固化温度对应不同的铺层树
脂。
• 或者，预浸料：
– 单向带。或者 – 纤维布
波音层压板常用原材料
（2） 单层板
• 层合板中的任一铺层称为单层板，它是层 合板的基本结构单元。单层板固化后的厚 度一般约为0.1～0.3 mm。
铺层材料
• 铺层材料决定于层合板的载荷大小、载荷 类型、使用环境等。
(仅供参考)复合材料结构修理-2.4 复合材料结构类型(1)
一般层合板
• 对称层合板和反对称层合板以外的层合板 称为一般层合板。
2.4 飞机复合材料结构类型
2.4.2 复合材料夹芯结构
（1） 夹芯结构构造特点
• 复合材料夹芯结构是由复合材料层合面板 与芯材，通过胶膜(film adhesive)或者用胶 黏剂（Paste adhesives），在一定温度和 压力环境下固化粘结而成的复合材料结 构。
• 铺设顺序通常以紧贴模具型面（tool side) 的铺层作为第一铺层，然后由贴模面向外 依次计数。
737NG 副翼蒙皮铺层角和铺层顺序
（5）层合板的种类
（1）对称层合板 （2）均衡层合板 （3）均衡对称层合板 （4）反对称层合板 （5）一般层合板
对称层合板
• 层合板内中面两侧对应位置的铺层材料相 同、铺层角相等的层合板，称为对称层合 板，如[0/902/0]铺层的层合板。
2.4 飞机复合材料结构类型
2.4.1 层合板结构
（1）层合板构造特点
• 层合板是由纤维布涂覆湿铺层树脂，或者 直接采用单向带或者纤维布预浸料，按照 一定的铺层角和铺层顺序铺叠后，在一定 温度和压力环境下，经过彻底固化形成的 复合材料板。
• 层合板亦称为层压板(laminate)、实心层压 板(solid laminate)或者整体层压板 (monolithic laminate)。
铺层材料
• 铺层材料决定于层合板的载荷大小、载荷 类型、使用环境等。
• 各铺层材料可以是同一种材料，也可能包 含几种材料（即混合铺层Hybrid Composites）。
混合铺层
Hybrid Composites
• 混合铺层目的是以一种纤维的优点弥补另外一种 纤维的弱点，从而得到综合性能较好的材料。例 如：碳纤维和芳纶纤维的热膨胀系数基本相同。 这两种纤维组成的混杂复合材料内应力很小，可 忽略不计。对于强度、刚度要求较高，又有抗冲 击性能要求的结构，可采用碳纤维铺层(抗冲击性 能较差) 中混杂芳纶纤维铺层(韧性较好，抗冲击 性能高) ，可以弥补碳纤维较脆的弱点，从而提高 抗冲击性能。另外，这种混杂复合材料还具有重 量轻的优点 。
复合材料的维修
补片材料一般为复合材料单向带，铺层结构与
母体相同，固化形式也有两种：预固化和共固化。
2.根据损伤程度和性能要求分为四种类型
（1）临时性修理（暂时性修理） 这种修理主要针对许可损伤或有时间限制的许可
损伤进行修理或实施保护性措施。可用结构性材料或
非结构性材料，能满足强度要求，并含有装饰性的目
临时性修理 和
永久性修理
临时性修理也叫外厂紧急修理，这种情况切实可
行的办法是采用金属补片机械连接。
永久性修理业叫返厂修理（或内厂修理），一般
在飞机定检时进行，当损伤比较严重时，应将可拆卸 的部件送到复合材料维修中心则
所有复合材料结构，特别是易受到损伤的部件，
办法。
第二章 修理程序
虽说复合材料的修理分类很多，但其具体修理方 法主要就是湿铺贴法和预浸料法（其中有少量的机械 法，如铆接、螺接等）其修理的大体程序基本相似。 第一节 修理程序 具有代表性的较全面的修理程序如下：
——材料识别
——标明损伤区域
——切除损伤材料（如蒙皮、蜂窝芯等） ——切口（坡形或台阶形）打磨或去除表面层 ——干燥修理区域 ——清洁修理区域 ——安装新蜂窝芯（如果损坏了） ——固化蜂窝芯（如果损坏了）
“B级过渡性修理”。
（3）永久性修理
该修理能在飞机寿命期限内，恢复并保持飞机结
构完整性（即要求强度也要求耐久性）的修理方法。 一般可在飞机“C”检完成，其检查时间和检查间隔与 原始部件相同，这种修理也叫“A级损伤允限修理”。 （4）更换部件 损伤严重，无法用修理来恢复其结构的完整性， 即使能修理，但经济不合算，故更换零部件是唯一的
外场条件下这种方法较容易实现，且强度可恢复到
解析飞机复合材料修理全过程
飞机的复合材料修理：飞机复合材料通常被称为先进复合材料（Advanced Composite Material，ACM）。
它使用高强度的纤维增强材料，嵌入在一种树脂基体里，以层或层片的形式叠加起来，形成层板，具有高强度，结实坚硬，能够减轻飞机结构重量，还具有抗腐蚀、破损安全性高等优点。
复合材料的修理工序也极其专业，涉及检查、去除修复损伤、打磨、清洁、制作浸布、铺层、粘接以及固化等众多复杂环节，其特点可用“精细”二字形容。
他们穿着白大褂、戴着口罩和细纱手套……远看你会以为这是一间手术室，其实这里是Ameco复合材料修理车间的洁净室。
仅从工作场所上看，已能略猜出一二，复合材料的修理规格不一般。
近年来，复合材料作为飞机结构件的“新宠”，越来越多地被使用在飞机上，如飞机的整流罩、控制面、起落架舱门、大翼和安定面前后缘等部位。
据悉，在波音787等一系列先进客机上，复合材料使用的比重甚至超过50%。
但提及复合材料的修理，却鲜为人知。
其实，复合材料的修理过程很有意思，就像是为飞机表面做“外科手术”。
但整个手术又涉及众多环节，每个环节都能展示出操作者的“十八般武艺”。
诊断：“病情损伤”靠耳朵复合材料的特点是层面多，有点像“多层三明治”，中间夹层结构是蜂窝芯体，外面覆盖蒙皮，所有材料均由胶膜粘接。
蒙皮也有多层，拿飞机大翼盖板来说，从里至外分别由三层碳纤维和一层玻璃纤维组成。
郭玉明是Ameco复合材料车间的一位年轻修理工，他常拿着专业敲击棒在一块襟翼盖板上轻轻敲击。
他说，这个方法是为了查出那些从部件表面看不出来的“内伤”，比如开胶或脱层。
“这个地方声音清脆，说明它是完好区域，而这个地方声音沉闷、有点混沌，应该是有脱层。
”据郭玉明讲，这份“练耳朵”的能力可不是随便谁都行的，需要多次实战磨炼和领悟。
出师2年的郭玉明，当初为了练好这项本领，没少在部件上做“听音练耳”。
此外，复合材料损伤的检查方法还有超声波、红外线热成像等。
复合材料修理设计
4、修理分析初步结论
1）修理后结构不对称性对结构刚度影响大（可能提前破坏或影响结构传 力） 2）双面贴补：对蜂窝结构，强度恢复100%（母板损伤小且补片加强母板）
对层压板结构，强度恢复70%～80% 3）挖补：因无工艺通路而无法双面贴补时采用，可恢复80% 4）修理不改变复合材料结构受载时呈脆性破坏的特点（载荷同应变无非 线性过渡），具有突然性 5）修理工艺、材料、工具、环境、操作人员等很多因素会对修理效果有 影响 6）温湿环境对修理后结构有影响（结构因修理造成的非对称引起附加变 形和多种修理材料具有不同热膨胀率等）
挖补修理主要参数：
1）斜接式挖补角度 最佳契形角随粘结剂抗剪强度增大而增大
建议挖补角度为6O（实际应用的粘结剂）
胶接模型分析结论：挖补斜度1:15～1:18
2）阶梯式挖补每层阶差
建议：每层阶差不小于13mm 去除层数不超过6层（单面挖补） 去除层数超过6层（若条件允许，双面挖补） 施工相对困难，工艺要求较高（每个铺层要有阶差）
3）施工通路 机械修理适用于两面可达，采用相同的内外补强片 若只能单面施工，充分考虑工艺要求
蜂窝夹层结构修理设计
损伤：可忽视、可修、不可修（按严重程度） 可修损伤：面板、复合、穿透
1、修理方法：
➢ 刮涂打磨法 ➢ 贴补法 ➢ 挖补法 ➢ 加衬挖补法
修理方法选择建议
贴补法：恢复到原静强度和刚度的100%，增重略多 挖补和加衬挖补法：80～90%
3、机械修理设计：
通常作为应急修理，300飞行小时内更换为复合材料补片 的永久性修理 不用于气动要求高的外表面
注意问题：
1）应力集中 ➢ 加金属衬套（降低应力集中，提高压缩强度）（比未修
理件提高70%，比不加衬套提高30%）
飞机复合材料的修理方法—复合材料铺层修理的主要工序
3
（4）切割
（4）切割
3
（4）切割
镂铣切割清除损伤
3
（4）切割
清除损伤结构中的水分
3
1.清除损伤结构中的水分
加热方式
电热毯 红外加热灯 烘箱
3
采用电热毯加热去除水分
真空压力：至少22in-Hg
温度：150-170 oF，升温速率<5oF/min
3
采用加热灯加热去除水分
手工铺层
手工铺层
制作湿铺层
裁剪分离膜
浸渍纤维织布
刮胶制作湿铺层
裁剪湿铺层
07 铺放加热毯。它的尺寸要超出修理区边缘最少2 in。
08 在加热毯中央放置一个热电偶。 铺放若干层玻璃纤维表面透气布，用以隔离加热毯和真空袋以防止
09 高温损坏真空袋。透气布的大小必须超出分离膜、加热毯和均压板， 并且与加热毯下面的透气布边缘相接触。
10 围绕修理区，在超过修理区域边缘6.0 in位置贴上真空袋封口胶。 封口胶的一面和修理结构粘接在一起，另一面和真空袋粘接。
完成固化后， 要在保持真空压力下以不超过5F／min的降温率 下降到125F或更低，然后解除真空压力并清除封装材料。350F 固化过程如图所示
350F固化过程
清除损伤
2
清除损伤
（1）清洁修理表面 （2）根据损伤范围大小和形状，画出待去除损伤的划线 （3）贴标示带 （4）切割：手工打磨，动力打磨，刀片，镂洗切割 （5）检查切口区域，确保所有损伤被去除
加热工具
加热工具可以用红外加热灯或加热毯等。具体操作参考ＳＲＭ手册。
如果用红外加热灯加温，每分钟最高温升率为７F。温度监测可以通过 在补片边缘放多个热电偶，以升温最慢的热电偶读数作为固化温度值。
复合材料—复合材料的修复(航空材料)
(3) 热黏结修理 在这种修理中，首先清除已破坏铺层，将新的修补层用共固化修补，以得到一个
气动埋头修理。 优点：具有恢复原有形状及保持光滑气动外形的能力，可以剪裁成任意尺寸、任意蒙 皮厚度和纤维方向； 缺点：环氧树脂体需要冷藏，许多情况下固化需要热源和压力源。
2. 修理的方法
➢ 热修补 ➢ 用湿法完成先进复合材料结构的热黏合修理时温度为93-110℃，121℃或177
复ห้องสมุดไป่ตู้材料的修复
复合材料的修复
1. 修理的类型
➢（1）螺接修理 将预固化复合材料补片或铝补片铆接或螺接在破损区的这种用紧固件连接修理的方法
称为螺接修理。 优点：可以快速作临时性的修理； 缺点：有时候找不到通向部件或层合板后面的通道，不能使受压部位回复到修理钱的强 度。 ➢（2）冷黏结 将预固化的补片粘结在破损的表面的修理方法称为冷粘结修理。 优点：在正确的条件下，它可作为一种非常快捷的永久性修理； 缺点：需要手头有足够数量的一定厚度、一定铺层方向、一定直径和形状的补片，切不 能用于大面积的修理。
℃也可接受。结构维修手册为每个部件提供了修理数据，并规定了应用范围以 及最大尺寸。 ➢ 常用的维修工具：电热毯，电炉或者热压罐。 ➢ 冷修补 ➢ 使用湿法铺层材料的冷修补是在室温到66 ℃下进行的。为了加速树脂的固化时 间，允许使用电热毯、加热灯或者热空气烘箱。
《复合材料的维修》课件
《复合材料的维修》课件一、介绍首先要了解的是复合材料究竟是什么，复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成，它们结合在一起，性能比单一材料更出色。
它们轻巧、强度高、耐腐蚀，因此备受青睐。
但是复合材料的维修不同于传统材料的维修方式，它们更加复杂和特殊，需要专业的知识和技能。
接下来我们会深入探讨复合材料的维修技术和方法，我们会从基础知识开始，让大家了解复合材料的特性和维修的重要性。
然后我们会详细介绍不同的维修方法，比如简单的修补、专业的工具和技术应用等。
我们还会分享一些实际案例，让大家了解在实际操作中如何应用这些知识。
1. 复合材料的定义和发展概况复合材料简单来说，就是由两种或两种以上的材料组合而成的新型材料。
这些材料通过特定的工艺进行组合，使它们产生协同效应，从而拥有单一材料所不具备的优异性能。
这种材料的出现为我们的生产生活带来了许多革命性的变革，那么它们是如何发展起来的呢？复合材料的起源可以追溯到人类文明的早期阶段，那时人们就开始尝试将不同的材料组合在一起，以改善其性能。
随着科技的飞速发展，复合材料的制造技术也日益成熟。
从最初简单的物理混合到现在的化学合成和结构设计，复合材料的研发过程经历了巨大的变革。
特别是近几十年来，随着高科技领域的蓬勃发展，复合材料的需求越来越大，应用领域也越来越广泛。
它们在航空航天、汽车制造、体育器材等领域发挥了重要作用。
同时在日常生活中，复合材料也屡见不鲜，如塑料、玻璃等都是由复合材料制成的。
这些材料的广泛应用极大地推动了社会的进步和发展，它们以其独特的性能，如轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳等，赢得了人们的青睐。
在未来随着科技的进步和人们对性能需求的不断提高，复合材料的应用前景将更加广阔。
因此对复合材料的维修技术的研究具有重要意义和价值，让我们一起探索这个充满挑战和机遇的领域吧！2. 复合材料在航空、汽车、建筑等领域的应用首先说说航空领域，飞机、直升机等航空器的制造和维修都离不开复合材料。
复合材料结构修理-6.2 复合材料结构修理方法汇编
修理方法决定因素
• 复合材料结构的修理是否采用热修理，采用哪种温度，除 了取决于原结构是采用什么样的温度固化制造的，还要考 虑到损伤的程度和范围、结构的重要性以及修理方法。如 果原结构采用２５０“固化制造，原则上修理时就应采用 ２５０”固化的热修理，绝不能采用３５０“固化修理。 如果原结构采用３５０”固化制造，原则上修理时也应采 用３５０“固化的热修理。但是，如果损伤较小或者临时 性修理，就可采用低于原固化温度的温度固化修理。在飞 机结构修理手册中提供的修理方案中有允许采用低于原固 化温度修理的案例。如波音某型飞机结构修理手册５７章 对副翼及副翼配平片的蒙皮修理。
（１）拉伸（或挤压）破坏
• 当被胶接件较薄，胶接强度足够时，被胶 接件易产生拉伸断裂或者挤压失稳破坏。
（２）胶层剪切破坏
• 双搭接连接易产生胶接面剪切破坏。
（３）剥离破坏
• 当被胶接件厚度达到一定程度后，搭接长 度与板厚之比又不足够大时，在偏心力矩 的作用下，由于复合材料各铺层层间强度 低，将在接头端部发生剥离破坏（双搭接 也如此）。对于复合材料结构胶接接头来 说，这种破坏不像金属胶接接头那样容易 在胶层上产生剥离（劈开）破坏，而是层 合板在接头端部易产生分层破坏。
副翼复合材料层合板修理方案
修理工作流程
4. 胶接连接修理
• 复合材料结构修理多数采用胶接修理，胶接修理 适用于薄件或者较薄件的修理。广义的胶接连接 修理包括前面所述的铺层修理、注胶和填胶修理 等。这里介绍相对狭义的胶接连接修理。胶接连 接修理是指对一个构件因损坏断裂成两个部分或 者原来胶接连接的构件之间出现脱胶损伤，以特 定的连接形式，通过胶粘剂，使之连接成一体， 恢复其功能的修理方法。有的情况下，胶接修理 还需与机械连接修理一起对损伤实施修理。
复合材料结构的修理1
2)冷修理不能恢复原强度和耐久性。
(故对一些冷修理应规定检查周期)。
3)冷修理不能用在高应力区和主要可分为: 3500F固化修理
2000F或3000F湿铺层固化修理
热修理一般用在部件或构件的特定区域。
注意：2500F固化修理不能用在3500F固化材 料制作的构件上。在复合材料结构修理中，修理 材料应与固化温度相适应。
7.金属喷涂设备
在修理部位表面需要喷涂铝金属材料，从而 形成导电涂层。通常采用火焰喷涂铝金属材料。 喷涂空间应有足够的通风，并有保护装置，实现 只对修理区的喷涂。
三、人员安全设备
修理复合材料结构时，
1.必须有良好的通风设备;
2.修理人员应戴口罩、戴氯丁橡胶手套、戴 上护目镜并穿工作服。。
用抽真空的办法对修理部位施加压力。所用的抽 真空设备 (如图9.2-7)必须能保持22in汞柱的最低 压力。
抽 真 空 接 头
4.其他固化设备
无粘性Tedlar片、粘封条、分离膜以及均压 板等。另外，还要使用浸渍树脂的玻璃纤维织物 作为表面和边缘的透气布。
5.切割工具和吸尘器
在复合材料结构修理中，采用各种不同的手 持工具切除损伤部位，例如特形铣刀 (图9.2-8)、 切刀导架、样板、80和150粒度的砂轮以及切割 机等。
(2) 用 浸 渍 过 MIBK( 甲 基 异 丁 基 甲 酮 ) 或 MEK(甲基乙基酮)、三氯乙烷、丙酮的清洁布擦 拭修理区的表面。但是，不能把构件浸入到三氯 乙烷溶剂中，也不能在构件上过多地残留溶剂， 否则，将会损伤构件。
修理区的表面必须具有合理的清洁度，不允 许表面上有油、水、灰尘等污染物; 清洁后的表 面要注意保护。不要用手直接接触清洁后的构件 粘合剂，否则，会严重影响粘接(修理)质量。
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空客则认为如此选材会有风险，机身应用会有问题，“会 导致非优化方案”。
波音则认为技术上不成问题，问题还在成本上。
波音认为复合材料除减重外，还可提供更好的耐 久性，降低使用维护要求，增加未来发展的潜力 和空间。
一. 用紧固件连接修理（螺接修理） 优点：可以快速作临时性的修理。 缺点：有时找不到通向部件或层合板后面的通道。不能使受压部 件恢复修理前的强度。
二. 胶接修理 优点：在正确的条件下，它可作为一种非常快捷的永久性修理。 缺点：需要手头有足够数量的一定厚度、一定铺层方向、一定 直 径和形状的补片。且不能用于大面积的修理。
定义
由两种或两种以上的材料组合而成的材 料称之为复合材料。复合材料的范围包括 玻璃纤维增强复合材料、碳纤维/环氧树脂 复合材料、碳/碳复合材料、金属基、陶瓷 基复合材料。
教程中所涉及的复合材料是基于用一 种或数种纤维排列镶嵌在某些形式的聚合 物树脂（基体）中。
一般简介
图 1-1复合材料的组成
材料的形式
先进复合材料在飞机上的应用
近30多年欧美民用飞机上复 合材料占整机结构重量的百 分比（不包括支线飞机）
国内飞机上的复合材料应用情况
国外民用飞机上的复合材料应用情况
图3－12先进复合材料在波音737－300上的应用
图3－13先进复合材料在波音757上的应用
图3－14先进复合材料在波音767上的应用
图2-4 封装包裹
树脂系统的比例配制指南
① 保持台秤的平台和秤盘的清洁，称重时应涂上 脱模剂以免被树脂站住
② 扣除刻度的非零点部分以补偿混合容器的重量 ③ 比例应该在所用秤的刻度范围之内（不能猜测
中间的刻度），秤应能精确到1/10g，避免小量 调制。 ④ 不要将秤从它本来的位置移走，因为天平有一 定的水平要求。 ⑤ 避免不意的外来影响。 ⑥ 不要超出量程。 ⑦ 称重时不要试图对秤做任何调整。
表3－1 材料特性－－密度
材料 复合材料 E玻璃(电性能部件如雷达罩)
S玻璃(结构部件)
碳 石墨
芳纶(Kevlar)
金属
铝
铜
镁
钢
密度(Ib/in3) 0.094 0.090 0.063 0.071 0.052 0.097 0.321 0.064 0.283
波音737 波音757 波音767 波音 777
1. 长丝 长丝又叫长纤维，是一根根的连续纤维，除了在 几何不连续处以外，在一个构件中通常没有长 丝的端头。
2. 单向带 单向带是由纱在树脂基体中沿着单一方向排列 而成
3. 织物 由纱、纤维或长丝织成的材料。
纤维增强材料
一．玻璃纤维 二．Kevlar纤维－－芳纶纤维 三．碳/石墨 四．硼纤维 五．陶瓷纤维
波音飞机 复合材料修理
目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
复合材料简介 施工安全和材料的管理 飞机复合材料结构设计 加工 修理的过程和典型结构修理 铝合金蜂窝夹层结构的胶接修理 检测
第一章 复合材料的简介
复合材料的定义 材料的形式 纤维增强材料 织物 基体和环氧树脂体系 粘接剂 蜂窝及蜂窝夹芯结构
图1-2 纤维增强材料的形式
图1-3 布 边
图 1-4 经纱的方向
图1-5 石墨纤维生产工序
图1-6 石墨纤维的代码
织物的优点
1. 比带抵抗纤维断裂和层间分离能力强 2. 损伤容限Байду номын сангаас，对“固化皱损”要求低，对
于修理工作比带好 3. 编织中减少了丝束分离 4. 抗疲劳损伤
图1-7 织布图案
第一部分 施工安全 第二部分 材料的管理
施工安全
图2－1 皮肤防护和安全眼镜
图2-2 呼吸器官的防护
铺设区
铺设区必须避开灰尘、水汽、油雾、逸 出的火焰及其他对粘接不利的材料。需注 意铺设区的洁净。
建议：铺设区最好不要与切割、打磨、 钻孔在同一个工作间内进行。
图2－3 正确与不正确的工作环境对比
三. 共固化修理 优点：具有恢复原有形状及保持光滑气动外形的能力。可以裁剪 成任意尺寸、任意蒙皮厚度和纤维方向。 缺点：环氧树脂体系需要冷藏。许多情况下固化需要热源和压力 源。
表面准备
所有需要修理或粘接的复合材料部件都必 须进行正确的表面处理。 无涂层表面：对于修理时表面没有处理的部件， 必须首先去除上面的任何残留可剥层，然后用 化学溶剂擦去污物和残留脱模剂。 溶剂擦拭：用MEK或丙酮擦拭，注意不可将 溶液残留在表面上等待挥发，这样会在表面留 下一层薄膜。可运用双重擦拭方法，用一块干 布和一块湿布擦拭。 喷漆表面：应该首先用洗涤剂擦洗以去除表面 的污物，然后清除破损区附近的漆层，达到足 以完成修理。
767方向舵
767内装饰应用的复合材料
B7E7“梦想”飞机上复合材料的应用：
美国波音飞机公司正在研制B7E7飞机，要大幅度减轻结 构重量，提高燃油效率20%，决定大量采用复合材料。
主要应用部位：复合材料将占全机结构重量50%以上，故 全机主要结构均将用复合材料制成，包括机翼、机身、垂 尾、平尾、发房、地板梁及部分舱门、整流罩等，这是世 界上第一个采用复合材料机翼和机身的大型商用客机，其 应用远远超过B777和A380，为世界之最。
图3-5 机械连接紧固件
图3-6 纤维方向要求
铺层的原则
一． 均衡 均衡的复合材料层合板是在中心平面坐标轴的两边有 相同数目的铺层。 例如：（+45°,0°,－45°,90°/－ 45°,0°,+45°,90°）是均衡层合板。
二. 对称 对称是复合材料层合板即为在中轴两边有相同数目的铺 层，且距离中轴相同之处的铺层的方向相同。 例如：（ +45°,0°,0°,90°，－45°/－45°,90°， 0°,0°，+45°）是对称层合板。
图1-8 预浸带材料
图1-9 预浸布
基体和环氧树脂体系
基体是一种将复合材料中的纤维或长纤 维粘接在一起的均匀材料。
环氧树脂由两部分组成：树脂和催化剂 （或称固化剂）。
*富脂:易产生裂纹 *贫脂:由于有空隙而较弱 *固化温度:是敏感的
+环氧:室温至350℉ (177℃) +聚酯：室温至250℉ (121℃) +聚酰亚胺:500℉及600℉(260℃-316℃) *热固性:基体的化学反应 *热塑性:无化学反应
第四章 加工
先进复合材料加工的工具和技术与金属材 料加工相比有很大的不通。 先进复合材料限制加工时的温度范围。虽 然纤维可以承受高温，但树脂的温度不允 许超过一定范围，以免材料性能的破坏。
图4-1 高压水切割原理
图4-2 气动铣
图4-3 镂铣铣头及铣盘
图4-4 马刀锯
图4-5 手工打磨
图4-6 机械打磨
图3-7 铺层方向符号
图3-8 拉伸与压缩问题及解决方法
夹层结构有以下典型特点：
1. 突出的刚度和很高的比强度 2. 裂纹扩展和断裂韧性优于单块板 3. 比其他类型结构抗声疲劳能力较强 4. 可作为隔热和隔音的绝缘体 5. 与其他结构相比重量优势明显 6. 承受双轴向压力载荷效果好 7. 缺点：设计接头和开口较困难
图4-20 典型边缘倒角
第五章 修理的过程和典型结构修理
表面准备 修理的类型 修理顺序流程图 修理方案选择 工程图数据 损伤区域的准备 维修设备 真空袋铺层程序
材料 350℉固化修理 250℉固化修补 典型结构修理 轻微的夹芯破坏修理 雷达罩修补守则
修理的类型
复合材料部件的修理有三类：热粘接、冷 粘接和螺接。
涂层的清除
任何类型的涂层清除工作都应极为 小心。清除涂层的方法有： 一．打磨 二．塑料喷丸处理 三．表面研磨 四．阶梯打磨
图5－1 阶梯打磨
芯体准备
图5－2 去除损坏芯体及残留物
制备蜂窝填补塞
图5－3 蜂窝填补塞的配合
材料管理
一．存贮期 通常情况下，粘接剂、树脂和预浸
料应在规定的温度范围内存贮。 材料的存贮期是指从制造完成到它
不再为飞机安全使用的寿命或时间。材 料的存贮期可以通过存贮在10℉以下或 按照制造商所特别要求的温度而延长。
二. 外露时间
外露时间是指一卷给定的材料处于室温 条件下的所有累积小时数。
外露时间从材料离开冰箱开始算起，总 的外露时间不能超过制造商的规定。
图4-7 孔边去毛刺
图4-8 限深钻
图4-9 锥形钻头
图4－10 复合材料钻孔示例
裂开，不可接受
可接受，合格
图4-11 限制器
图4-12 埋头锪孔面
图4-13 碳化物锪钻
图4-14 多晶金刚石锪钻
图4-15 金刚砂锪钻
图4-16 高速钢锪钻钻头
图4-17 镗刀
图4-18 旋转打磨器
图4-19 孔锯
图3-10 室温树脂的固化体系
腐蚀控制
当石墨构件与铝制构件在飞机装配中连接 在一起时，就应采取一些特殊的防腐技术。 将玻璃纤维/环氧铺层叠在石墨/环氧铺层与 铝合金之间实行共固化，在两个构件间接 合面上要用密封剂涂抹，所有连接件都要 用密封剂涂抹。 在装配前，铝的部件应阳极化，上底漆和 喷漆。
图3-11 腐蚀控制
主要用材体系为T800/韧性环氧，已在B777完成 验证和使用。
所上的新技术还包括： TiGr层板，即碳纤维增强钛板，一种新的超混杂
复合材料，其由Ti箔加上IM6/PEEK相间制成，具 有优异的抗疲劳性能。
结构健康监控技术，以光纤系统为传感器，连续 探测损伤，监视结构完整性，预报早期的结构维 护、修理的要求。