一种复合材料的表面预处理-修复方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料的表面预处理

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料的表面预处理
‑
修复方法


[0001]本专利技术属于复合材料表面修复
，尤其涉及一种复合材料的表面预处理
‑
修复方法。

技术介绍

[0002]先进树脂基复合材料具有比强度高、比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、尺寸稳定性好、可实现结构/功能一体化以及便于大面积整体成形等诸多优点，在航天器、飞机、舰船、高速列车、汽车等领域的应用迅速增加，并部分取代了铝合金、钢铁，成为装备结构材料中发展最为迅速的先进材料之一。
[0003]阻碍先进复合材料进一步应用的主要问题之一是复合材料结构损伤的修理问题。机械冲击是造成复合材料损伤的主要形式之一。抗冲击性能差是树脂基复合材料固有的不足。在遭受机械冲击时，金属材料可以通过塑性变形和弹性变形来吸收能量，从而避免裂纹的萌生和扩展。而树脂基复合材料的层间剪切强度通常只有数十兆帕，远低于层内的性能，加之复合材料延展性差，因此，受到机械冲击后极易形成损伤。复合材料的损伤形式通常表现为分层、纤维断裂、破损、洞穿等。
[0004]复合材料胶接修复工艺具有不会形成新的应力集中、不会明显增加结构重量、修复后抗疲劳性能较好等优势，是复合材料结构损伤修理技术研究的重点。目前，国内在飞机等装备复合材料损伤和缺陷的维修中主要沿用传统的工艺方法，即采用机械打磨加工和预处理，然后采用挖补或贴补方法进行预浸料粘贴、封装，最后采用复合材料热补仪进行加热固化。胶接修复界面的粘接强度直接影响粘接修复的质量。现有的复合材料胶接修复工艺由于采用机械挖除法，机械挖除极易对复合材料表面造成二次损伤，对修复后的强度也造成一定的损伤，修复后的复合材料的界面结合强度较低；且固化时间较长，修复效率低。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术提出的一种复合材料的表面预处理
‑
修复方法，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有的复合材料胶接修复工艺的机械挖除极易对复合材料表面造成二次损伤，对修复后的强度也造成一定的损伤，修复后的复合材料的界面结合强度较低；(2)现有的复合材料胶接修复工艺固化时间长。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种复合材料的表面预处理
‑
修复方法，包括：
[0008]步骤1、采用紫外激光扫描复合材料的损伤部位，将复合材料的损伤部位去除；
[0009]步骤2、对步骤1处理后的复合材料进行清洗；
[0010]步骤3、采用低温等离子体活化胶接界面；
[0011]步骤4、铺贴胶膜，刮平；然后根据损伤区域尺寸铺贴补片，刮平压实，然后进行封装；
[0012]步骤5、加热固化，固化阶段采用超声辐射进行辅助固化；
[0013]步骤6、加热固化完成，对修复区域进行打磨抛光。
[0014]进一步的，还包括步骤7、采用超声波无损检测仪进行检测，判断有无分层或缺胶缺陷，如果有分层或缺胶缺陷，则重复步骤1
‑
步骤6，如果没有分层或缺胶缺陷，则完成修复工作。
[0015]进一步的，所述步骤1中，紫外激光的波长为355nm。
[0016]进一步的，所述步骤1中，紫外激光的功率为10～15w，光斑直径20μm，脉宽10ps，扫描速度1500～2000mm/s。
[0017]进一步的，所述步骤2中，使用超声波清洗机对复合材料进行清洗。
[0018]进一步的，所述步骤3中，采用低温等离子体活化胶接界面的步骤为：采用低温等离子体表面处理设备，等离子枪的喷嘴距离工件5～8cm，光斑移动速度3～5cm/s。
[0019]进一步的，所述步骤4中，等离子处理后应在1min内铺贴胶膜。
[0020]进一步的，所述步骤4中，封装的步骤包括：在补片的上方依次铺覆脱模布、加热毯、透气毡、真空袋。
[0021]进一步的，所述步骤5中，加热固化前还包括在临近待修复区域的平整位置，涂抹超声波耦合剂，将超声波振动头放置在上面，调整至完全贴合。
[0022]进一步的，所述步骤5中，加热固化的步骤包括：打开复合材料热补仪进行加热固化，抽真空，当温度达到对应粘度最低的保温平台时，进行超声波辐照，5～10min后关闭超声振动开关。
[0023]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
[0024](1)本专利技术的复合材料的表面预处理
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修复方法中采用激光去除法将复合材料的损伤部位去除，紫外激光不对复合材料的表面造成损伤，使后续胶接过程中胶粘剂能够直接与碳纤维接触提高粘接效果。
[0025](2)本专利技术的复合材料的表面预处理
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修复方法中首先采用激光去除复合材料表层的机械损伤层，不对界面处碳纤维造成损伤，能够不破坏界面处碳纤维的特性，如纤维长度、强度等，为低温等离子体活化提供完整的界面条件；然后采用低温等离子体活化胶接界面，可以有效提高胶接面的粗糙度、增大表面活性、增加含氧活性官能团，可以提高胶接界面化学键的比例，同时保证粗糙度、活性官能团、化学键比例的分布均匀性，从而更好地改善维修母体与补片的界面结合强度与最终维修效果。
[0026](3)本专利技术的复合材料的表面预处理
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修复方法中固化阶段采用超声波辐照，超声波辐照作用在液体树脂中，可以使气泡破裂，同时产生高温、高压，达到均化共混体系、降低树脂粘度、降低接触角，达到改善树脂与纤维浸润性能，提高粘接强度，缩短固化时间(由现有的150min减少至130min)。
[0027](4)采用本专利技术的方法修复的复合材料的补片、母板、胶膜之间的界面拉剪强度达到37Mpa左右，比现有的单独砂纸打磨的强度26.3Mpa，提高了40％以上；并且复合材料的补片、母板、胶膜之间的界面剪切强度的均匀性更好，大大提高修复质量。
[0028]本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
[0029]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0030]图1为待修复的复合材料的结构示意图；
[0031]图2为损伤部位机械挖除后的形貌；
[0032]图3为紫外激光挖除后的界面形貌图；
[0033]图4为封装后的示意图；
[0034]图5为修复过程中超声波的传播示意图；
[0035]图6为修复复合材料的装置的结构简图。
[0036]附图标记
[0037]1‑
补片，2
‑
母板，3
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胶膜，4
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待修复区，5
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脱模布，6<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料的表面预处理
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修复方法，其特征在于，所述复合材料的表面预处理
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修复方法包括：步骤1、采用紫外激光扫描复合材料的损伤部位，将复合材料的损伤部位去除；步骤2、对步骤1处理后的复合材料进行清洗；步骤3、采用低温等离子体活化胶接界面；步骤4、铺贴胶膜，刮平；然后根据损伤区域尺寸铺贴补片，刮平压实，然后进行封装；步骤5、加热固化，固化阶段采用超声辐射进行辅助固化；步骤6、加热固化完成，对修复区域进行打磨抛光。2.根据权利要求1所述的复合材料的表面预处理
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修复方法，其特征在于，还包括步骤7、采用超声波无损检测仪进行检测，判断有无分层或缺胶缺陷，如果有分层或缺胶缺陷，则重复步骤1
‑
步骤6，如果没有分层或缺胶缺陷，则完成修复工作。3.根据权利要求1所述的复合材料的表面预处理
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修复方法，其特征在于，所述步骤1中，紫外激光的波长为355nm。4.根据权利要求3所述的复合材料的表面预处理
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修复方法，其特征在于，所述步骤1中，紫外激光的功率为10～15w，光斑直径20μm，脉宽10ps，扫描速度1500～2000mm/s。5.根据权利要求1所述的复合材料的表面预处理
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【专利技术属性】
技术研发人员：巴德玛，李长青，孙晓峰，王思捷，邱骥，史玉鹏，乔乾森，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：