一种纤维增强树脂基复合材料修复方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，包括以下步骤：步骤一、根据纤维增强树脂基复合材料的损伤、缺陷类型制备相应的粉体；步骤二、清理去除纤维增强树脂基复合材料损伤、缺陷区域的灰尘、碎屑、污垢等杂质；步骤三、对纤维增强树脂基复合材料的损伤、缺陷区域进行毛化处理；步骤四、通过超音速冷喷涂工艺将制备的粉体喷至损伤、缺陷区域，粉体沉积形成表面修复层，完成损伤、缺陷区域修复。本发明专利技术具有效率高、能耗低、环境友好等优点，修复部位表面平整且力学性能得到一定恢复。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强树脂基复合材料修复方法
本专利技术属于先进复合材料可持续应用领域，涉及一种复合材料修复方法，尤其涉及一种纤维增强树脂基复合材料修复方法。
技术介绍
纤维增强树脂基复合材料因其具有高的比强度，比模量，良好的抗疲劳性能等优点，在航空航天、汽车工业、能源等各个尖端领域得到全面的应用。纤维增强树脂基复合材料是一种复杂的多相体系，生产过程受工艺参数影响较大，容易产生空隙、弱界面结合、分层等缺陷。在使用与维护过程中可能遭受到工具掉落、跑道碎石、冰雹、鸟撞等以冲击损伤为主的各种结构破坏，极易产生基体开裂、缺口、破孔、纤维断裂等损伤类型。这些缺陷与损伤将显著降低复合材料静、动载荷性能，若不能及时对其行有效的修复，恢复原结构的使用性能，其局部的缺陷、损伤将不断扩大进而引起整个复合材料结构的破坏甚至报废。对纤维增强树脂基复合材料生产、使用过程中产生的缺陷、损伤以及处于生命周期末端的废弃物进行修复，有利于延长复合材料的使用寿命，降低其全生命周期设计、制造成本，减少资源、能源消耗。目前国内对纤维增强树脂基复合材料的修复问题研究较少，现有的修复方法存在工艺过程复杂，修复层致密性差，修复后表面不平整，修复部位薄弱，修复工作安全性低等问题。专利技术申请(CN111844818A)公开了一种树脂基纤维增强复合材料损伤的修复方法及加压修复装置，修复前需对损伤区域铺设加热毯与真空袋，操作过程复杂，效率低，受加热毯与真空袋形状、铺设方式的影响，对于复杂曲面结构存在修复困难，修复表面不平整的问题。修复过程中加热温度高，能耗大，修复区域会产生较大热应力，降低修复部位的力学性能。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，本专利技术提出了一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，修复效率高，操作简单，易于现场操作，修复区域表面平整、力学性能好，能有效延长复合材料的使用寿命，降低复合材料生产制造成本与环境影响性。为实现上述目的，本专利技术提供一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，具有这样的特征：包括以下步骤：步骤一、根据纤维增强树脂基复合材料的损伤、缺陷类型制备相应的粉体；对于纤维断裂损伤区域，制备纤维粉体，且与待修复纤维增强树脂基复合材料中的纤维类型相同；对于基体开裂、分层等树脂损伤、缺陷区域，制备树脂基粉体，且与待修复纤维增强树脂基复合材料中的树脂类型相同；对于缺口、破孔、空隙等复合材料损伤、缺陷区域，制备纤维增强树脂基复合材料粉体，且与待修复纤维增强树脂基复合材料中的纤维、树脂类型相同；对于磨损损伤类型，制备包括纤维、树脂基和铜的磨损修复粉体，磨损修复粉体中的纤维和树脂基与待修复纤维增强树脂基复合材料中的纤维、树脂类型相同；磨损修复粉体主要针对纤维增强树脂基复合材料磨损损伤类型，对磨损区域修复的同时铜粉可以增加其耐磨强度；步骤二、清理去除纤维增强树脂基复合材料损伤、缺陷区域的灰尘、碎屑、污垢等杂质；步骤三、对纤维增强树脂基复合材料的损伤、缺陷区域进行毛化处理，以增强粉体与纤维增强树脂基复合材料的界面结合强度；步骤四、通过超音速冷喷涂工艺将制备的粉体喷至损伤、缺陷区域，粉体沉积形成一定厚度的表面修复层，完成损伤、缺陷区域修复。进一步，本专利技术提供一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，还可以具有这样的特征：步骤一中，所述粉体的粒径为1μm～50μm。进一步，本专利技术提供一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，还可以具有这样的特征：步骤一中，所述纤维增强树脂基复合材料粉体中纤维的质量分数为10％～50％，树脂基的质量分数为50％～90％。进一步，本专利技术提供一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，还可以具有这样的特征：步骤一中，所述纤维增强树脂基复合材料粉体的制备方法为：将纤维的粉体与树脂基的粉体均匀混合，制成所述纤维增强树脂基复合材料粉体。即将纤维与树脂基分别磨粉，然后通过搅拌进行混合，这种粉体制备方式具有操作简单、制备方便的特点，纤维粉体与树脂基粉体物理性混合，适用于材料性能要求较低或需紧急修复的场合。进一步，本专利技术提供一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，还可以具有这样的特征：步骤一中，所述纤维增强树脂基复合材料粉体的制备方法为：将纤维、树脂基以及偶联剂混合后造粒，再微细粉碎制成所述纤维增强树脂基复合材料粉体；偶联剂为硅酸乙酯、硅烷、钛酸酯或铝酸酯。本方式制备的粉体其纤维与树脂基之间界面结合良好，是一种较为复杂的化学性混合，采用该种粉体修复后的部位材料性能较好，适用于材料性能要求较高的修复场合。进一步，本专利技术提供一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，还可以具有这样的特征：步骤一中，所述纤维增强树脂基复合材料粉体的制备方法为：将纤维与树脂基通过研磨、碾压制成所述纤维增强树脂基复合材料粉体。在纤维与树脂基共同碾压、研磨的过程中，纤维会部分镶嵌到树脂基内，是一种机械化学性的混合方式，该种方式制备过程相对较为简单(难易程度介于前两种方式之间)，粉体性能较好(性能介于前两种方式之间)，适用于一般性的修复场合。进一步，本专利技术提供一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，还可以具有这样的特征：步骤一中，所述磨损修复粉体的制备方法为：将纤维粉体、树脂基粉体以及铜粉混和制成所述磨损修复粉体。进一步，本专利技术提供一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，还可以具有这样的特征：步骤四中，所述超音速冷喷涂工艺参数设定为温度20℃～300℃，气体流速500m/s～1200m/s。进一步，本专利技术提供一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，还可以具有这样的特征：所述纤维增强树脂基复合材料的纤维为碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳纶纤维或碳化硅纤维；所述纤维增强树脂基复合材料的树脂基为热塑性树脂基或热固性树脂基；热塑性树脂基为聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚苯醚、聚乳酸、ABS或聚醚醚酮；热固性树脂基为酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂，乙烯基酯，双马来酰胺或氰酸酯。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，主要针对纤维断裂、基体开裂、缺口、破孔、空隙、分层等复合材料典型损伤和缺陷进行修复。根据纤维断裂、基体开裂、缺口等不同的损伤类型，制备相应的纤维粉体、树脂基粉体、纤维增强树脂基复合材料粉体，通过超音速冷喷涂工艺将制备的粉体喷至损伤、缺陷区域，粉体沉积形成一定厚度的表面修复层，完成损伤、缺陷区域修复。其原理是压缩气体通过缩放型拉瓦管产生超音速气流将粉体沿轴向送入超音速气流中，形成气-固双相流，经加速后在完全固态下撞击基体，发生较大的挤压变形而沉积在基体表面上形成修复层。修复过程具有效率高、能耗低、环境友好等优点，修复部位表面平整且力学性能得到一定恢复。本专利技术可应用于汽车、能源、体育用品等行业中纤维增强树脂基复合材料结构件制造、使用过程中以及生命周期末端废弃物缺陷、损伤的修复。具体的：一、粉体向基体沉积时温度远低于粉体的熔点，修复过程所需能耗低且粉体沉积过程始终保持固态特性不发生相变；二、修复层与基体结合程度高、致密性好，可沉积较厚的修复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，其特征在于：/n包括以下步骤：/n步骤一、根据纤维增强树脂基复合材料的损伤、缺陷类型制备相应的粉体；/n对于纤维断裂损伤区域，制备纤维粉体，且与待修复纤维增强树脂基复合材料中的纤维类型相同；/n对于树脂损伤、缺陷区域，制备树脂基粉体，且与待修复纤维增强树脂基复合材料中的树脂类型相同；/n对于复合材料损伤、缺陷区域，制备纤维增强树脂基复合材料粉体，且与待修复纤维增强树脂基复合材料中的纤维、树脂类型相同；/n对于磨损损伤类型，制备包括纤维、树脂基和铜的磨损修复粉体，磨损修复粉体中的纤维和树脂基与待修复纤维增强树脂基复合材料中的纤维、树脂类型相同；/n步骤二、清理去除纤维增强树脂基复合材料损伤、缺陷区域的灰尘、碎屑、污垢等杂质；/n步骤三、对纤维增强树脂基复合材料的损伤、缺陷区域进行毛化处理；/n步骤四、通过超音速冷喷涂工艺将制备的粉体喷至损伤、缺陷区域，粉体沉积形成表面修复层，完成损伤、缺陷区域修复。/n

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强树脂基复合材料修复方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一、根据纤维增强树脂基复合材料的损伤、缺陷类型制备相应的粉体；
对于纤维断裂损伤区域，制备纤维粉体，且与待修复纤维增强树脂基复合材料中的纤维类型相同；
对于树脂损伤、缺陷区域，制备树脂基粉体，且与待修复纤维增强树脂基复合材料中的树脂类型相同；
对于复合材料损伤、缺陷区域，制备纤维增强树脂基复合材料粉体，且与待修复纤维增强树脂基复合材料中的纤维、树脂类型相同；
对于磨损损伤类型，制备包括纤维、树脂基和铜的磨损修复粉体，磨损修复粉体中的纤维和树脂基与待修复纤维增强树脂基复合材料中的纤维、树脂类型相同；
步骤二、清理去除纤维增强树脂基复合材料损伤、缺陷区域的灰尘、碎屑、污垢等杂质；
步骤三、对纤维增强树脂基复合材料的损伤、缺陷区域进行毛化处理；
步骤四、通过超音速冷喷涂工艺将制备的粉体喷至损伤、缺陷区域，粉体沉积形成表面修复层，完成损伤、缺陷区域修复。


2.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料修复方法，其特征在于：
步骤一中，所述粉体的粒径为1μm～50μm。


3.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料修复方法，其特征在于：
步骤一中，所述纤维增强树脂基复合材料粉体中纤维的质量分数为10％～50％，树脂基的质量分数为50％～90％。


4.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料修复方法，其特征在于：
步骤一中，所述纤维增强树脂基复合材料粉体的制备方法为：将纤维的粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：成焕波，郭立军，钱正春，冯勇，苏松飞，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32