光固化预浸料修理技术在飞机蒙皮修复中的应用

光固化预浸料修理技术在飞机蒙皮修复中的应用

作者：杨天贺

来源：《山东工业技术》2017年第20期

摘要：随着科学技术的发展，现代飞机的各种技术正在不断进步，对于大型客机而言，航空公司对飞机的舒适度、可靠性、减重方面的要求不断提高，传统的材料已经不能再满足航空业的要求了。本文重点介绍了光固化预浸料修理技术的特点及工艺流程，最后介绍了光固化复合材料补片在飞机蒙皮修复中的应用。

关键词：复合材料；光固化；修理工艺；维修技术

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.20.038

1 光固化预浸料修理技术

1.1 概念及应用范围

光固化预浸料修理技术就是用紫外灯照射填补在损伤处的光敏预浸料，使其迅速固化，对损伤进行快速修复，光固化预浸料修理技术适用于多种不同材料的损伤修复。光固化预浸料修复技术由于采用的是紫外光，能耗低，节能性好，相比于其他修复技术不会产生有害物质，不会污染空气，不会对自然产生危害，是一项新型环保修理技术。

1.2 特点

光固化预浸料修理技术的主要优点如下：（1）由于无需在修理过程中准备补片，缩短了维修时间，提高了维修效率；（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）通用、实用性好，适用于金属和复合材料等材质的修理；（4）增重小，粘接修理补片比强度高，比刚度高，自身重量轻并且减少了连接结构件的使用；（5）清洁无污染。

1.3 光固化预浸料修理技术工艺流程

这一新兴技术主要修复流程如下：

（1）将自由基固化型树脂作为基体材料，其为乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂或聚氨酯丙烯酸酯树脂；并做一定改性处理，包括合成、置换和添加光活性交联单体手段；

（2）将自由基型光引发剂和热引发剂，匹配组成高效“光-热复合引发体系”；

（3）通过相对应的光引发剂选择敏促进剂；

（4）采用适当的增强材料，制成具有一定厚度的复合材料预浸料，所述增强材料为玻璃纤维，其是纤维布、纤维布与毡的复合织物中的一种；

（5）用紫外光灯对大于十毫米的预浸料在一分钟内一次性进行照射固化预浸料。

2 光固化复合材料补片在飞机蒙皮修复中的应用

2.1 损伤现象

飞机蒙皮大部分是铝合金材料制成，通过铆钉等紧固件固定于飞机框架结构面，形成了整个飞机的气动外形。飞机蒙皮在地面与在空中所受到的空气压力是不同的，在地面座舱内压力与外界大气压基本相同而到了空中外界大气压力远小于座舱内部压力。

2.2 维修步骤

首先要判定损伤的方式、形状和大小来确定、选择、制造相对应的的补片。补片粘贴到位后用手挤掉贴合缝处的空气，即可撕下滤光膜进行固化。用紫外光灯照射材料表面的预浸料，约十到十五分钟就能够完成整个固化阶段使补片与结构件形成整体。补片修理的步骤见图1。

对于补片的制备和使用：准备好特种光固化树脂和表面经过处理的玻璃纤维布，按照一定的比例和工艺要求进行浸胶、铺覆，通过加压、抽真空等处理后，用避光材料密封包装、备用，层叠式结构是补片设计的关键，整个补片由七到十层材料构成，中间层为四到七层玻璃纤维织片，用树脂充分浸渍，上下表面各敷一层保护膜[1]。

对于补片的设计指标有如下规定：（1）光固化速度≤20 min；（2）拉伸剪切强度

≥18MPa；（3）剥离强度σ180°（F/B）>3N/mm；（4）使用温度-50 ℃～ 100 ℃；（5）贮存期-50 ℃～50 ℃下不少于6个月。

接下来进行的是蒙皮材料修复之后对承受应力强度的实验，见图2。用功率为1kW的中压汞灯辐照紫外光8～ 10分钟。在DECS -5000型仪器上进行每分钟五毫米的拉力试验之后，测得的拉剪强度：常温下为16.76～18.49 M Pa，-50 ℃下为10.63～12.76MPa，100℃下为10.5M Pa。

对含有孔洞的铝合金蒙皮板进行修复前后的拉伸强度对比试验。将受到损伤（损伤大小为2，5，8和10毫米）的试验样品进行光固化修理并进行承受应力强度试验后根据实验数据测得修复后的结构件可以恢复到原强度的百分之八十五以上。

通过对飞机机翼下壁板蒙皮裂纹的修复，表明上述修补方法大大降低了裂纹的扩展速率，在使用期限内承受疲劳载荷的条件下未发生胶接破坏，此项技术也适用于民用机械设备的快速修复，并已在气泵铝合金导管、油箱等设备的修复中得到应用。

参考文献：

[1]蔡文海，金延中.复合材料结构的损伤与修理[J].机械工程师，

2004（07）：49-50.