[發(fā)明專利]一種利用改性膠黏劑膠接修補(bǔ)Glare層板的方法

有效

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• 申請日: 2020-09-21
• 公開（公告）號: CN112126358B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔旭;王道晟;蒲永偉;叢方林;趙普;熊需海;孟慶實(shí);王朔;李曉東;張辰;許鵬;賀軍;李威
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽航空航天大學(xué)
• 主分類號: C09J5/02
• 分類號: C09J5/02;C09J5/04;C09J5/06;C09J11/04;C09J163/00;C09J179/08;C09J161/06
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

本發(fā)明屬于纖維金屬層合板(Glare層板)的修補(bǔ)領(lǐng)域，具體涉及一種改性膠黏劑膠接修補(bǔ)Glare層板的方法。本發(fā)明采用一種低成本、低消耗的火焰法在碳纖維表面原位生長碳納米管層，制備出碳納米管包裹的復(fù)合碳纖維；并將短切復(fù)合碳纖維按比例混入粘接劑中，實(shí)現(xiàn)膠層與輕質(zhì)材料間界面的粘結(jié)強(qiáng)度以及膠層的本體強(qiáng)度的增強(qiáng)，從而提高Glare層板修補(bǔ)中母板和補(bǔ)片間的粘接強(qiáng)度，達(dá)到更好的修補(bǔ)效果；本發(fā)明采用的補(bǔ)片和母板的材料相同，使得兩者的剛度相同，具有較好的相容性。本發(fā)明方法簡單快捷，成本極低，在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)容p質(zhì)材料粘接領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于纖維金屬層合板(Glare層板)的修補(bǔ)領(lǐng)域，具體涉及一種通過包裹碳納米管層的短切復(fù)合碳纖維改性膠黏劑膠接修補(bǔ)Glare層板的方法。

背景技術(shù)

Glare層板是由玻璃纖維和鋁合金交替層壓的一種纖維增強(qiáng)金屬材料。由于比強(qiáng)度高、疲勞性好、損傷容限高、耐環(huán)境性能好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。通常作為輕量化結(jié)構(gòu)件被廣泛的應(yīng)用于航空器的制造當(dāng)中。因此修補(bǔ)受損的Glare層板是航空工業(yè)中必不可少的技術(shù)之一。現(xiàn)階段航空領(lǐng)域應(yīng)用最廣的Glare層板修補(bǔ)技術(shù)是機(jī)械修補(bǔ)和膠接修補(bǔ)。機(jī)械修補(bǔ)的缺點(diǎn)包括，鉆孔引起的應(yīng)力集中，鉚釘強(qiáng)度過高造成的修補(bǔ)性能下降等。而膠接修補(bǔ)無應(yīng)力集中，抗疲勞性良好，磨損少且結(jié)構(gòu)增重少。同時(shí)，膠層的存在隔絕了被修復(fù)母板與腐蝕介質(zhì)的接觸，阻止了腐蝕損傷的發(fā)展。所以膠接修補(bǔ)技術(shù)能夠相對較好的實(shí)現(xiàn)Glare層板的修補(bǔ)。

膠接修補(bǔ)指的是借助膠黏劑的粘附作用將高強(qiáng)度的載荷補(bǔ)片粘貼在缺陷處，加強(qiáng)受損 Glare層板的力學(xué)性能，最大程度地恢復(fù)載荷傳遞特性，延長材料的使用壽命。膠黏劑的粘附強(qiáng)度是影響修補(bǔ)后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。在飛機(jī)修理過程中使用的傳統(tǒng)膠黏劑如環(huán)氧樹脂 (EP)的粘附強(qiáng)度有限，所以改性膠黏劑在飛機(jī)維修中有非常廣闊的應(yīng)用前景。通過在膠黏劑中添加短切纖維、碳納米管、石墨烯等剛性碳材料可以有效改善膠層的力學(xué)強(qiáng)度；然而，由于短切纖維表面光滑，無法為粘接劑提供附著點(diǎn)而造成微觀界面裂紋，導(dǎo)致界面粘接性能提升不明顯；此外，納米材料的團(tuán)聚效益，導(dǎo)致其在粘接劑中難以均勻分散，影響粘接劑的施工工藝性能。

本發(fā)明采用一種低成本、低消耗的火焰法在碳纖維表面原位生長碳納米管層，制備出碳納米管包裹的復(fù)合碳纖維；并將短切復(fù)合碳纖維按比例混入粘接劑中，實(shí)現(xiàn)膠層與輕質(zhì)材料間界面的粘結(jié)強(qiáng)度以及膠層的本體強(qiáng)度的增強(qiáng)，從而提高Glare層板修補(bǔ)中母板和補(bǔ)片間的粘接強(qiáng)度，達(dá)到更好的修補(bǔ)效果。本發(fā)明預(yù)期在航空航天、交通運(yùn)輸領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種利用改性膠黏劑的Glare層板修補(bǔ)方法，主要途徑是通過火焰法工藝在碳纖維表面原位生長碳納米管層，進(jìn)而利用短切復(fù)合纖維改性膠黏劑，實(shí)現(xiàn)Glare層板和其膠接修補(bǔ)補(bǔ)片的高強(qiáng)度粘接，增加Glare層板的修補(bǔ)效果。本發(fā)明方法簡單快捷，成本極低，在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)容p質(zhì)材料粘接領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的一種利用改性膠黏劑膠接修補(bǔ)Glare層板的方法，具體包括以下步驟：

步驟1、制備補(bǔ)片：

根據(jù)Glare層板損傷區(qū)域的大小，設(shè)計(jì)補(bǔ)片的尺寸和厚度，制備與待修補(bǔ)Glare層母板相同材料的補(bǔ)片。

步驟2、制備改性膠黏劑：

將碳纖維束在丙酮中超聲清洗30min；取出放入烘箱中烘干，將配置好的催化劑溶液通過噴槍均勻噴涂在碳纖維束表面，放入烘箱再次烘干；將處理后的碳纖維束放在燃燒火焰中，停留一定時(shí)間，在碳纖維束表面生長出碳納米管層。將制備的碳納米管包裹的復(fù)合碳纖維束裁剪為長度在1-5mm之間的短切復(fù)合碳纖維；將膠黏劑加熱至30-80℃以降低其粘度，加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的短切復(fù)合碳纖維，之后加入適量的與膠黏劑適配的固化劑并利用攪拌機(jī)機(jī)械攪拌2-10min。

步驟3、對待修補(bǔ)Glare層母板損傷部位和補(bǔ)片表面進(jìn)行機(jī)械處理和電化學(xué)處理，使表面形成利于粘接的粗糙表面，便于與改性膠黏劑結(jié)合。