光固化預浸料修理技術在飛機蒙皮修復中的應用

楊天賀

摘 要：隨著科學技術的發展，現代飛機的各種技術正在不斷進步，對于大型客機而言，航空公司對飛機的舒適度、可靠性、減重方面的要求不斷提高，傳統的材料已經不能再滿足航空業的要求了。本文重點介紹了光固化預浸料修理技術的特點及工藝流程，最后介紹了光固化復合材料補片在飛機蒙皮修復中的應用。

關鍵詞：復合材料；光固化；修理工藝；維修技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.038

1 光固化預浸料修理技術

1.1 概念及應用范圍

光固化預浸料修理技術就是用紫外燈照射填補在損傷處的光敏預浸料，使其迅速固化，對損傷進行快速修復，光固化預浸料修理技術適用于多種不同材料的損傷修復。光固化預浸料修復技術由于采用的是紫外光，能耗低，節能性好，相比于其他修復技術不會產生有害物質，不會污染空氣，不會對自然產生危害，是一項新型環保修理技術。

1.2 特點

光固化預浸料修理技術的主要優點如下：（1）由于無需在修理過程中準備補片，縮短了維修時間，提高了維修效率；（2）可靠性，修理不使用螺釘或鉚釘，不需要對原結構開新孔，不會形成新的應力集中源，修理強度高，有利于提高結構的抗疲勞性能和損傷容限性能；（3）通用、實用性好，適用于金屬和復合材料等材質的修理；（4）增重小，粘接修理補片比強度高，比剛度高，自身重量輕并且減少了連接結構件的使用；（5）清潔無污染。

1.3 光固化預浸料修理技術工藝流程

這一新興技術主要修復流程如下：

（1）將自由基固化型樹脂作為基體材料，其為乙烯基酯樹脂、不飽和聚酯樹脂或聚氨酯丙烯酸酯樹脂；并做一定改性處理，包括合成、置換和添加光活性交聯單體手段；

（2）將自由基型光引發劑和熱引發劑，匹配組成高效“光-熱復合引發體系”；

（3）通過相對應的光引發劑選擇敏促進劑；

（4）采用適當的增強材料，制成具有一定厚度的復合材料預浸料，所述增強材料為玻璃纖維，其是纖維布、纖維布與氈的復合織物中的一種；

（5）用紫外光燈對大于十毫米的預浸料在一分鐘內一次性進行照射固化預浸料。

2 光固化復合材料補片在飛機蒙皮修復中的應用

2.1 損傷現象

飛機蒙皮大部分是鋁合金材料制成，通過鉚釘等緊固件固定于飛機框架結構面，形成了整個飛機的氣動外形。飛機蒙皮在地面與在空中所受到的空氣壓力是不同的，在地面座艙內壓力與外界大氣壓基本相同而到了空中外界大氣壓力遠小于座艙內部壓力。

2.2 維修步驟

首先要判定損傷的方式、形狀和大小來確定、選擇、制造相對應的的補片。補片粘貼到位后用手擠掉貼合縫處的空氣，即可撕下濾光膜進行固化。用紫外光燈照射材料表面的預浸料，約十到十五分鐘就能夠完成整個固化階段使補片與結構件形成整體。補片修理的步驟見圖1。

對于補片的制備和使用：準備好特種光固化樹脂和表面經過處理的玻璃纖維布，按照一定的比例和工藝要求進行浸膠、鋪覆，通過加壓、抽真空等處理后，用避光材料密封包裝、備用，層疊式結構是補片設計的關鍵，整個補片由七到十層材料構成，中間層為四到七層玻璃纖維織片，用樹脂充分浸漬，上下表面各敷一層保護膜[1]。

對于補片的設計指標有如下規定：（1）光固化速度≤20 min；（2）拉伸剪切強度≥18MPa；（3）剝離強度σ180°（F/B）>3N/mm；（4）使用溫度-50 ℃～ 100 ℃；（5）貯存期-50 ℃～50 ℃下不少于6個月。

接下來進行的是蒙皮材料修復之后對承受應力強度的實驗，見圖2。用功率為1kW的中壓汞燈輻照紫外光8～ 10分鐘。在DECS -5000型儀器上進行每分鐘五毫米的拉力試驗之后，測得的拉剪強度：常溫下為16.76～18.49 M Pa，-50 ℃下為10.63～12.76MPa，100℃下為10.5M Pa。

對含有孔洞的鋁合金蒙皮板進行修復前后的拉伸強度對比試驗。將受到損傷（損傷大小為2，5，8和10毫米）的試驗樣品進行光固化修理并進行承受應力強度試驗后根據實驗數據測得修復后的結構件可以恢復到原強度的百分之八十五以上。

通過對飛機機翼下壁板蒙皮裂紋的修復，表明上述修補方法大大降低了裂紋的擴展速率，在使用期限內承受疲勞載荷的條件下未發生膠接破壞，此項技術也適用于民用機械設備的快速修復，并已在氣泵鋁合金導管、油箱等設備的修復中得到應用。

參考文獻：

[1]蔡文海，金延中.復合材料結構的損傷與修理[J].機械工程師，

2004（07）：49-50.endprint