用于修复纤维增强聚合物结构的系统和方法技术方案

提出了用于修理填料增强聚合物结构的修复系统、用于制造/使用这种修复系统的方法、以及用于修复多维纤维增强聚合物(FRP)板的表面损伤/缺陷的技术。用于修理FRP结构的成形表面的修复系统包括由热稳定聚合物制成的柔性接触片，并且具有位于FRP结构上并覆盖受损区域的纹理化接触表面。可以由金属材料、聚合物材料和/或树脂浸渍的纤维制成的刚性覆盖片具有与FRP结构的成形表面相贴合并且覆盖柔性接触片的互补表面。修复系统还包括加热元件，该加热元件抵靠在刚性覆盖片上并以足以软化/熔融邻近受损区域的FRP结构的部分的基本均匀的轮廓向成形表面施加热量。

Systems and methods for repairing fiber reinforced polymer structures

A repair system for repairing filler reinforced polymer structure, a method for manufacturing / using this repair system and a technique for repairing surface damage / defects of multi-dimensional fiber reinforced polymer (FRP) plates are proposed. A repair system for repairing a formed surface of a FRP structure includes a flexible contact sheet made of a thermally stable polymer, and has a textured contact surface located on the FRP structure and covering the damaged area. A rigid cover sheet, which can be made of a metal material, a polymer material, and / or a resin impregnated fiber, has complementary surfaces that adhere to and incorporate formed surfaces of a FRP structure and cover flexible contact sheets. The repair system also includes a heating element which rests against a rigid covering sheet and applies heat to the formed surface in a substantially uniform profile sufficient to soften / melt portions of the FRP structure adjacent to the damaged area.

【技术实现步骤摘要】
用于修复纤维增强聚合物结构的系统和方法引言本公开大体上涉及纤维增强聚合物结构。更具体地，本公开的方面涉及用于修复多维热塑性或热固性聚合物复合板的系统、装置和方法。复合材料用于制造大量的现代产品。例如，许多目前生产的汽车、船只和飞机与承载车身板、美学装饰板、支撑框架构件以及全部或部分由复合材料制造的各种其他组件组装在一起。纤维增强塑料(FRP)是一种示例性复合材料，用于大规模生产制造应用，有利于其高的强度重量比、增加弹性、耐腐蚀性和轻质性能。FRP通常通过将高拉伸强度纤维材料(例如玻璃、碳、芳族聚酰胺或玄武岩纤维)悬浮在固化聚合物(例如热固性环氧树脂基质或热塑性聚酯或尼龙)内而形成。与任何产品一样，FRP组件在制造期间经受损坏，同时包装并运送给零售商或客户，或在使用中经受损坏。例如，在汽车应用中，FRP车身板、发动机罩或行李箱盖可能会因在正常车辆操作期间遇到崎岖道路或恶劣天气而产生的力而变形或破裂，或者由于与另一车辆或静止物体的碰撞事件而导致变形或破裂。这些相同的FRP组件可能制造有由制造期间原材料的变化、加工条件的不一致和公差偏差引起的凹痕、裂缝或其他缺陷。任何此类损坏的组件必须由新部件更换或专业维修。虽然这两种选择都是昂贵且耗时的，但部件更换同时会导致不需要的废料。组件修复——虽然通常由于减少部件废料而成本较低——可能无法产生完全修复的部件而没有明显的结构缺陷。
技术实现思路
本文公开了用于修理聚合物复合结构的修复系统和装置、用于制造这种修复系统的方法和用于使用这种修复系统的方法、以及用于修理多维热固性或热塑性FRP板结构的表面损伤/缺陷的修复技术。作为示例而非限制，提出了一种热电修复系统，用于产生对波状纤维增强热塑性(FRT)复合板的损坏的无皱修复。修复系统使用集成的电加热板，其设计用于在FRT部件的修复表面上产生均匀的热量。在加热之前，可以将修补补片或修补填充材料放置在修复区域中或在修复区域上。具有高热稳定性的弹性硅橡胶片放置在FRT板的受损区域和紧邻区域的顶部。然后将树脂浸渍的碳纤维垫(“预浸料”)放置在硅橡胶片上。该预浸料可以在修复期间例如在FRT部件上原位固化或在修复之前在未损坏的部件上离线固化，以形成与未损坏的部件表面几何形状匹配的界面。将加热片铺设在FRT板/橡胶片/预浸料叠层上；施加均匀的热量以熔融修复区域中的修复材料和/或基础材料。可以例如通过真空装袋或其他合适的过程施加压力，以帮助确保FRT部件表面与橡胶片/预浸料/加热片叠层之间的均匀接触。可选地或可替代地，可以将形貌上映射到未损坏部件几何形状的模板压靠在加热元件上，以确保均匀的表面加热，例如，用于具有凹陷表面通道或其他复杂几何形状的面板。对于复杂几何形状的FRP复合材料部件，至少一些所公开构思的附带益处包括无缺陷修复表面，即没有可察觉的结构或表面缺陷。公开的FRP复合材料部件修复技术有助于改善部件的可维护性，进而有助于降低工厂部件废品率、保修成本和人工成本。另一个可预见的优点是能够原位修复FRP部件，例如，在安装在车辆上或组装在最终产品上之后，而不需要大量拆卸。与传统的对应FRP结构相比，其他附带的益处可包括增加的部件强度、减少的部件质量、更低的部件成本、降低的生产成本和改进的燃料经济性，例如用于机动车辆应用。本公开的方面涉及用于修复填料/纤维增强聚合物结构的系统和伴随技术。在一个示例中，提出了一种用于修理FRP结构的成形表面的热电修复系统。热电修复系统包括柔性接触片，该柔性接触片由热稳定聚合物制成，并且具有纹理化接触表面，该接触表面位于FRP结构的成形表面上并覆盖受损区域。可以由金属材料、聚合物材料、浸渍有导热树脂的纤维材料和/或浸渍有树脂的导热纤维材料制成的刚性覆盖片具有与FRP结构的成形表面相贴合的互补表面，并覆盖柔性接触片。热电修复系统还包括电加热元件，该电加热元件抵靠在刚性覆盖片上，从而将柔性接触片和刚性覆盖片夹在FRP结构和加热元件之间。该加热元件对成形表面施加基本均匀的加热轮廓，其足以软化和/或熔融添加的填充材料和/或与受损区域接壤的基底材料。在一个或多个替代配置中，上述层中的第一层的功能属性可以合并到层中的第二层中，使得可以从系统架构中去除第一层。对于任何所公开的系统、方法和装置，柔性接触片的热稳定聚合物可包括在至少约200-250摄氏度(℃)的温度下表现出可忽略的劣化和可忽略的导热率损失的硅橡胶。此外，热稳定聚合物可包括散布在整个硅橡胶中的一种或多种填充材料，例如，以改善其导热性和机械完整性。该填充材料可以采用任何合适的形式，包括炭黑、碳酸钙、氮化硼、氧化铝或其任何组合。对于一些应用，柔性接触片的总厚度为约1毫米(mm)或更小，并且硅橡胶的导热率为至少约0.1-1.9瓦每米-开尔文(W/(m·K))。对于任何所公开的系统、方法和装置，刚性覆盖片的纤维材料包括碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维或其任何组合。在特定情况下，纤维材料是具有单向或多向碳纤维的碳纤维垫或片。刚性覆盖片的导热树脂可包括热固性聚合物或热塑性聚合物；在任何一种情况下，刚性覆盖片树脂都不同于在修复中的FRP结构中使用的树脂。刚性覆盖板材料可包括金属、塑料和复合材料；以及复合刚性覆盖物可包括纤维复合材料。对于任何所公开的系统、方法和装置，电加热元件包括集成电加热片。对于至少一些实现方式，加热片包括一对聚合物片层，其中电阻加热线圈夹在这些聚合物层之间。在特定情况下，这些聚合物片层各自包括硅橡胶材料或聚酰亚胺材料，并且集成电加热片的总厚度为约0.1mm至5.0mm，或者在一些实施例中，为1.0mm或更小。加热元件还可以配备有热电偶，该热电偶安装到集成电加热片并且可操作地与系统控制器通信。对于任何所公开的系统、方法和装置，热电修复系统可采用修复材料或贴片，其由嵌套在受损区域内和/或压靠受损区域的树脂聚合物构成；修复材料/贴片设计成响应于由电加热元件施加的热量而熔合到FRP结构。热电修复系统可采用覆盖电加热元件、刚性覆盖片和柔性接触片的真空袋，并选择性地将预定的真空压力施加到FRP结构的成形表面。作为又一种选择，修复系统可以采用具有成形表面的背衬模具，该成形表面被成形为抵靠FRP结构的与FRP结构的成形表面相对的第二(下侧)成形表面并与之相贴合。本公开的其他方面涉及用于组装任何所公开的修复系统的方法和用于操作任何所公开的修复系统的方法。在一个示例中，提出了一种用于修复纤维增强聚合物结构的成形表面的受损区域的方法。该代表性方法包括(以任何顺序并且与任何上文或下文公开的特征和选项的任何组合)：将柔性接触片放置在FRP结构上，使得柔性接触片的纹理化接触表面抵靠成形表面并且覆盖FRP结构的受损区域，柔性接触片包括热稳定聚合物；将刚性覆盖片放置在FRP结构上，使得刚性覆盖片的互补成形表面贴合FRP结构的成形表面并覆盖柔性接触片，刚性覆盖片包括浸渍有导热树脂的纤维材料；将电加热元件放置抵靠在刚性覆盖片上；以及，经由电加热元件通过刚性覆盖片和柔性接触片向FRP结构施加基本均匀的加热轮廓。施加的热量足以软化和/或熔融FRP结构的与受损区域相邻的成形表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于修理纤维增强聚合物(FRP)结构的成形表面的受损区域的修复系统，所述修复系统包括：/n柔性接触片，包括热稳定聚合物，并具有纹理化接触表面，所述纹理化接触表面构造成位于所述FRP结构上并覆盖所述受损区域；/n具有互补表面的刚性覆盖片，所述互补表面构造成与所述FRP结构的所述成形表面相贴合并覆盖所述柔性接触片；以及/n加热元件，构造成抵靠所述刚性覆盖片并且对所述成形表面施加足以软化和/或熔融邻近所述受损区域的所述FRP结构的至少边界区域的基本均匀的加热轮廓。/n

【技术特征摘要】
20180516 US 15/9814701.一种用于修理纤维增强聚合物(FRP)结构的成形表面的受损区域的修复系统，所述修复系统包括：
柔性接触片，包括热稳定聚合物，并具有纹理化接触表面，所述纹理化接触表面构造成位于所述FRP结构上并覆盖所述受损区域；
具有互补表面的刚性覆盖片，所述互补表面构造成与所述FRP结构的所述成形表面相贴合并覆盖所述柔性接触片；以及
加热元件，构造成抵靠所述刚性覆盖片并且对所述成形表面施加足以软化和/或熔融邻近所述受损区域的所述FRP结构的至少边界区域的基本均匀的加热轮廓。


2.根据权利要求1所述的修复系统，其中，所述柔性接触片的所述热稳定聚合物包括硅橡胶，所述硅橡胶在至少约200摄氏度(℃)的温度下表现出能够忽略的劣化和导热率损失。


3.根据权利要求2所述的修复系统，其中，所述热稳定聚合物包括散布在整个所述硅橡胶中的填充材料。


4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓松，H·G·起亚，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US