[發明專利]一種復合材料補片修補結構及形成所述修補結構的方法

在審

• 申請號: 201510620302.3
• 申請日: 2015-09-26
• 公開（公告）號: CN105153950A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 劉龍權
• 主分類號: C09J5/06
• 分類號: C09J5/06;C09J5/02;C09J5/00;C08J5/12;C08L63/00;C08K7/06
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技術領域

本發明屬于復合材料修理領域，具體涉及一種在補片和受損復合材料結構之間穿入縫線的補片修補結構及形成所述修補結構的方法，應用所述方法制成的修補結構具有較高的可靠性和承載能力。

背景技術

樹脂基纖維增強先進復合材料具有比強度和比剛度高、可設計性強、良好的抗疲勞性能、抗腐蝕性好以及便于整體成型等優點，廣泛應用于飛機、導彈、火箭和人造衛星等軍事領域，以及賽車、船舶、高速列車、橋梁和風電槳葉等民用領域。但由于其制造工藝及其使用特點，復合材料極易產生缺陷和損傷。這些缺陷和損傷大體包括三類，一類是包括表面劃傷、劃痕、裂痕、淺層裂口和凹痕等模式的表面損傷，一類是復合材料不同單層之間的分層損傷，還有一類是因纖維斷裂和破損而產生的裂縫、撕裂和缺口等鋪層損傷。對這些損傷的修復應使修理后的結構強度和剛度的恢復盡可能高，使結構重量的增加盡可能小，還要恢復原結構的使用功能。

把受損復合材料重新放置于熱壓罐進行修復，時間和金錢成本較高。而且被修理的零件可能會由于修理過程再造成新的損傷，如由于過熱和在某個溫度下過長的時間而導致分層或脫粘。因此，對于復合材料結構的損傷更多依靠在現場進行修理。在現場修理方法中，樹脂注射法及填料填充法制用于對復合材料結構力學性能影響較低的較小邊緣分層、脫粘和表面凹坑等損傷。對于復合材料大面積分層、纖維斷裂等嚴重損傷，實際工程中通常使用機械或膠接法進行修理。其中，機械修理法比較簡便，工藝性能比較穩定，不受施工環境的影響。然而，應用該方法進行修復，會在釘孔處產生嚴重的應力集中，而且會有緊固件的腐蝕問題，壽命相對較短。因此，機械修理法通常作為臨時修理用來滿足緊急情況。膠接修理包括貼補和挖補兩種修理方法。應用膠接修理法修補的結構，壽命較長，通常作為永久修理使用。然而，這種修理結構靠膠層傳遞補片與被修理復合材料結構之間的載荷，因此，可靠性低、對環境敏感，膠層損傷不易檢測。另外，貼補修理所使用的外搭補片和挖補修理所使用的嵌入補片的端部均要求比較小的楔形角（尖稍比一般為15：1），以降低端部應力集中。較小的楔形角導致補片尺寸較大（如對于直徑為20毫米的損傷，補片的直徑大約為60~80毫米），導致貼補修理增重較多，挖補修理需要去除大量未損傷材料，并且難以恢復到原來強度，提高結構風險，。

因此，需要發展可靠的復合材料補片修理結構和方法，降低補片尺寸，提高修理的效果，從而更大程度地恢復或提高修理后復合材料結構的力學性能。

發明內容

本發明的目的在于，克服目前復合材料膠接修理法可靠性低、對環境敏感和增重較多等缺點，而提供一種新型復合材料結構補片結構和新方法，降低補片尺寸和結構重量，并提高復合材料修理結構的可靠性和承載能力。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種復合材料補片修補結構，其特征在于：

a，修補結構由被修理受損復合材料結構、復合材料補片、復合材料補片與復合材料結構之間的膠以及浸漬膠粘劑的縫線組成；

b，縫線穿過復合材料補片和復合材料結構，并通過縫線上的膠粘劑與復合材料補片和復合材料結構粘結在一起。

進一步地，所述縫線的直徑為0.5~1.5毫米，保證強度的同時，對所穿過的復合材料補片和復合材料結構的面內力學性能影響較小。

進一步地，所述縫線的材料包括浸漬膠粘劑的玻璃纖維束、碳纖維束、硼纖維束和芳綸纖維束等。

進一步地，所述補片的尺寸較小，尖稍比較小，為1：1至8：1，從而降低補片的尺寸和重量以及修理工作量。

進一步地，所述補片的包括外搭補片和嵌入補片，對應的修理類型分別為貼補修理和挖補修理。

進一步地，所述縫線軸向與復合材料法向一致或與補片與被修補結構之間的結合面垂直。

為實現本發明目的，采用一種形成所述修補結構的方法，包括如下步驟：

（一）確定復合材料結構的損傷區域和程度；

（二）損傷區處理，包括表面打磨、去除受損材料和干燥等；

（三）根據損傷區域和程度以及損傷區的處理結果，準備復合材料補片、膠以及浸漬膠粘劑的縫線；

（四）把補片鋪設在損傷處，并在補片和受損復合材料結構之間放置一層膠；

（五）在補片修理部位加工貫穿補片和受損復合材料結構以及二者之間膠層的小孔；

（六）把浸有膠粘劑的縫線依次穿入各小孔；

（七）在規定溫度和壓力下固化，使得縫線與其周圍的補片和受損復合材料結構粘結在一起；

（八）拆除溫度和壓力施加設備。