飞机复合材料维修中非常规固化技术的有效运用

2016-12-01北京飞机维修工程有限公司北京100000

山东工业技术 2016年18期

张凯（北京飞机维修工程有限公司，北京 100000）

张凯
（北京飞机维修工程有限公司，北京 100000）

非常规固化技术在飞机的复合材料维修中具有重要意义，随着飞机使用复合材料的比重不断扩大，对飞机复合材料维修技术的有效运用就显得越来越重要。对于飞机复合材料维修的非常规固化技术，主要有微波固化技术、电子束固化技术以及紫外光固化技术三种。在可预见的未来，飞机使用复合材料的比重还将持续加大，研究非常规固化技术将对复合材料的胶结固化维修起到重要作用。

飞机复合材料；维修；非常规固化技术；运用

飞机复合材料具有质量轻、强度和刚度高、耐腐蚀的优点，相比于纯钢结构，大量使用复合材料更有利于飞机制造和维护，因此复合材料也成为了目前民用航空器领域结构材料的生力军。目前民用飞机在包括蒸馏包皮、发动机机罩、扰流器、阻力版、起落架舱门等多个部位大量使用了复合材料，因其更优的可靠性和经济性，复合材料越来越受到民用飞机制造商的欢迎。

1　微波固化技术

复合材料会因微波的作用而产生内部温度升高并逐渐融化的现象，并产生化学反应。微波固化主要借助“致热效应”和“非致热效应”原理［1］：“致热效应”认为，微波固化是因使用微波导致复合材料升温，以至于加速了其中的反应而导致的；“非致热效应”则认为，微波固化是因微波辐射场对例子和极性分子的洛伦兹力作用而导致。目前的观念更偏向于采用“致热效应”来解释微波固化技术，也就是复合材料受到外加的电磁场作用而导致其内部的介质发生极化，使得产生的极化强度矢量比外电场的一个角度落后，致使电场产生相同的电流，使得材料内部的功率消耗，进而将微波能转化成了热能。微波加热和常规的、采用外在热源加热的方式不同，常规热源的导热途径是由外至内，而微波导热则是因介质损耗而引起的体积加热，从这一点来看，微波能使复合材料的各个部位热量均匀，并且微波加热的速度也远超常规热源，因此，微波固化技术效率较高、固化速度较快，并且更容易控制。微波固化技术的关键在于它可以使用便携式的修复设备，目前我国研制出一种便携式微波固化机，还有多种微波施加器。使用这些便携式的设备能够在20s左右的时间里完成固化修复工作，并且此方法修复过的复合材料强度可以达到原材料的八成以上。

2　电子束固化技术

电子在电场中受力，提高能量并经过汇集后成束，其具有能量高和密度高的特点，在日常生活中，早期的电视机以及计算器等产品都运用了电子束技术。在对飞机复合材料的修复中，树脂基符合材料中的树脂通常采用电子加速器，为电子运动提供足够的能量后，电子束照射到树脂体系中，高能的电子会冲击C-H键，为分子活动提供足够的能量，破坏原有热平衡后，使一部分键断裂并释放大量的氢原子和处于活跃状态的碳分子，形成和离子、电子以及自由基相同属性的活性中间体［2］。此时，当两相邻分子位置相近时，活跃状态下的碳原子就会释放活化能，从而形成化学键，化学键会促使两个分子之间产生交联反应，从而最终固化。电子束的原理就在于通过使用离子辐射照射就可以让聚合物发生降解、合成或性质改变的反映，而聚合物发生反应的程度和材料本身的属性与促进剂、固化剂以及稳定剂等因素都存在关系，通过电子束照射，复合材料会产生复杂的化学反应，最终固化。电子束固化技术比常规固化技术的优势在于，电子束固化技术能够在室温或更低温的状态下进行，并且固化效率高，所需时间仅为数分钟，最短仅需数秒钟即可完成。电子束固化技术不仅可以完全避免构件翘曲变形，还能忽略不同材料在流动性和线性膨胀系数方面的各项差异。

3　紫外光固化技术

飞机复合材料之所以会产生裂纹，主要是由于变载荷，裂纹是飞机材料变载荷作用下的失效表现形式。紫外光固化技术有效利用了光敏剂的感光性，在紫外光的照射下，材料内部的分子发生分解产生自由离子，使得不饱和的有机物进行聚合、交联等化学反应，最终达到加固材料的目的。理论上，所有波长的光段都能引起复合材料的固化反应［3］，但目前主要使用的光固化技术为紫外光，采用便携式紫外光发射器，对光敏胶的修复区进行照射就可以快速固化复合次材料。紫外光固化技术可以在温度较低的环境下进行，并且固化速度较传统常规的固化技术来说更快。另外，紫外光固化的过程更简洁，也不需要非常高端、精密、昂贵的仪器，使用成本很低，目前已经在对飞机复合材料的固化领域得到广泛应用。虽然紫外光在修复飞机复合材料方面具有很多优势，但也存在一些缺点：第一，当前所使用的紫外固化胶剪切强度较低，在20MPa以内只能应对非常轻微的损伤；第二，紫外光固化技术需要复合材料粘连体具有较好的透光性，因为这里所使用的紫外光穿透力都很差，最大也仅为2mm，最多能应对材料表面的固化处理。