飞机复合材料维修中非常规固化技术的有效运用

王宇灿

摘要：非常过固化技术在飞机复合材料的维修中的有效应用，弥补了常规固化技术中的缺点，为飞机复合材料的维修发挥了重要作用。飞机复合材料的最大优点就是抗腐蚀性比较强，耐久性比较强，而且复合材料比较轻，减轻了飞机本身的重量。在对飞机复合材料维修中的非常规固化技术进行了解之前，要对飞机复合材料进行了解，并对复合材料的损伤情况进行分析，探究非常规固化技术在复合材料维修中所发挥的作用。

关键词：复合材料损伤；非常规固化技术；应用

引言

飞机复合材料具有鲜明的特点，与其它材料相比复合材料更轻，更容易维修，复合材料已广泛运用于飞机上。目前，飞机的各个结构都大量使用了复合材料，其具有很强的可靠性以及经济实惠性，逐渐成为了飞机制造商常用材料之一。复合材料在使用过程中不可避免的会受到一些损伤，对这些损伤位置运用非常规的固化技术，是现代航空领域研究的重要课题。

1.飞机复合材料的应用种类

飞机复合材料的结构又被称为纤维增强塑料。这主要是由于复合材料运用了高强度的纤维增强材料，这种材料是嵌入在树脂基体中的，一层一层累加起来，也就是所谓俗称的层板。在叠加为层板之后，使用先进的压力加热技术将此层板加压加热固化为坚固而又坚硬的结构。飞机复合材料的组成主要包括纤维增强材料、基体以及界面层。纤维增强材料起到了承重、承压的作用，并且均匀的分布在基体中，为基体提高了韧性；基体主要是连着纤维增强材料，从而使复合材料获得形状，对纤维增强材料起到保护作用；界面层就是一层涂抹在增强体外面的图层，界面层的主要作用就是传力，避免基体对纤维增强材料造成损伤，调节基体与纤维增强材料之间的物理、化学的结合状态，对纤维增强材料能够发挥作用做出保障。三者之间产生的复合作用，使得复合材料比之前单个材料的性能更加优越，完成对飞机材料的强化以及韧性增大的效果。飞机的复合材料作为多部分组成的材料，它的物理性能以及机械性能都是随着方向而发生改变的，它是一种不同方向有不同性能的复合材料。

2.复合材料的损伤

2.1复合材料基体树脂裂纹损伤

复合材料在受到拉伸力度以及承载压力过大的情况下，可以在偏轴层的位置发现基体出现裂纹。复合材料最先出现裂纹的一般是在90°铺层的位置，然后是其他偏轴层。通常情况下，相对于轴向承受力方向的角度在越小的时候，复合材料的基体树脂裂纹越不容易出现，而偏轴层的基体树脂裂纹是偏轴层中最为常见的损伤。

基体树脂裂纹主要是受偏轴层内所受压力大小的影响，如果层中的压力达到或超过基体树脂材料的承受范围，以及压力小于基体树脂的破坏强度时，就很容易出现基体树脂裂纹。此外，基体树脂裂纹损伤的出现还和铺层的顺序有很大关系。比如（0/90/45）s层合板90°铺层的裂纹要比（0/45/90）s层合板90°铺层的裂纹要多。将偏轴层中的裂纹加一块，很大一部分的裂纹是出现在材料疲劳之前。即使出现很多的基体树脂裂纹，却对飞机构件的应用不受影响，经过一些实验表明，复合材料的安全性能是非常高的。

2.2复合材料撞击损伤

通常情况下复合材料的耐撞击性比较差，经常由于外物撞击而受到损伤。若是撞击的力度不叫小的情况下，肉眼一般很难察觉到，实际上复合材料已经受到损伤，使得其强度降低。复合材料在使用中经常会受到一些外物撞伤，一般将这种损伤分为硬物撞击损伤以及软物撞击损伤两种。硬物撞击后通常会使复合材料出现局部的损伤，使其强度降低，也可能会在短时间内产生疲劳损伤。常见的硬物损伤有，飞机起飞或者着陆时跑道的石子撞击以及飞机在飞行过程中出现冰雹天气，这两种都会对飞机的复合材料造成损伤。软物撞击主要是由于飞行中鸟类撞击造成的损伤，在撞击复合材料时，造成的损伤往往是局部的。无论是硬物还是软物撞击复合材料造成的损伤程度，主要取决于物体的大小、速度、材料以及撞击的角度等。

2.3复合材料层间分层损伤

在面内轴向载荷作用下，复合材料的周边会出现层间压力或应力。若是外载荷作用产生的层间压力为拉应力，而且拉应力要大于复合材料的层间强度，这时复合材料的周边会出现分层状况。另外，交变应力的大小小于出现分层时的静应力的大小，那么复合材料的疲劳寿命在开始时也会出现分层情况。而复合材料的层合板的铺层顺序将直接影响着复合材料的边缘位置法向应力到底是拉应力还是压应力。据调查显示，复合材料中的两个90°铺层在黏在一起时，其边缘位置也很容易出现分层损伤。对以上情况，一般用缝纫或编织的布包住边缘位置，保证复合材料中基体材料的层间强度，提升层间的抗损伤能力。

3.非常规固化技术应用

3.1微波固化技术

在复合材料受到损伤时，采用微波固化技术进行维修，主要是由于复合材料在微波的作用下，使其内部产生较高的温度，使复合材料出现融化的状况，由此产生化学反应。微波固化技术运用于复合材料的原理也就是致热效应以及非致热效应。致热效应主要是指复合材料在微波下内部温度升高，加快了内部结构材料的反应；而非致热效应主要指微波辐射将复合材料中的例子以及极性分子在相关力的作用下引起的。现在一般将微波固化技术解释为，复合材料在外部电磁场的影响下，复合材料的内部介质出现极化现象，极化强度矢量要比外部电磁场强度适量小，使得电厂出现电流，继而复合材料出现功率消耗，此时的微博能转化为了热能。微波固化技术与其他固化技术有一定优势，效率比较高，切骨化的速度也比较快，很容易得到控制。当前我国针对微波固化技术开发出一种便于携带的微波固化机，在辅助其他微波施加器的情况下，将复合材料的维修工作效率得到大大提升，且在修复后材料的强度也提升了很多。

3.2电子束固化技术

电子束固化技术也就是电子在电厂的受力情况下，将能量汇聚为束，且电子束的能量和密度都很高。在飞机的复合材料维修中，电子束固化技术是将复合材料中的树脂基体材料在电子加速器的作用下，在形成电子束后并照射到树脂基体材料中，较高的能量为材料分子获得足够的能量，在失去热平衡后，材料中会受热产生氢原子和碳分子，此时的碳分子会释放出活化能，进而促使氢原子与碳原子产生相互联系，最终形成固化。电子束固化技术也就是通过电子束将复合材料中的聚合物进行分解、合成，最终形成固化的反应，而材料中的聚合物的反应往往与材料的特性以及其他添加剂等因素有着很大关系。电子束固化技术的优势在于，他可以在常温或者低温度的情况下进行维修，其效率也是很高的，维修时间短，它不仅可以防止复合材料出现变形的情况，还可以忽视复合材料的一些线性膨胀因素对其产生的影响。

3.3紫外光固化技術

紫外光固化技术，主要是运用了光敏剂的感光性能，在紫外光的照射下，复合材料的内部出现分解，并产生自由离子，使得材料中的有机物进行化学反应，并最终形成固化的目的。一般情况下，任何波长的光对复合材料都能起到固化的作用，而现在主要采用的是紫光固化技术。紫光固化技术使用的是紫光发射器，将光敏剂涂于复合材料的损伤位置，将紫光发射到该位置就可以将其进行修复。这种固化技术，可以在低温下使用，工作效率高，其维修过程简单，不需要借用其他仪器辅助，现在已被广泛运用于飞机复合材料的维修中。然而这种技术并不是完美的还存在一些缺点，即只能运用于复合材料的轻微损伤，只能对表面进行固化维修。

总结

复合材料在飞机结构中的广泛应用，也就不可避免的会出现各种损伤。对不同损伤进行分析，采取合适的固化技术对复合材料损伤进行维修处理。当然这些非常规固化技术都能够有效解决损伤问题，但还是存在一些缺点。掌握固化技术的特点及原理，并不断研发新的固化技术，保证飞机复合材料的维修工作的正常进行，为飞机的飞行质量提供保障。

参考文献：

[1]张凯.飞机复合材料维修中非常规固化技术的有效运用[J].山东工业技术，2016，（18）：293.

[2]秦文峰.非常规固化技术在飞机复合材料维修中的应用[J].航空制造技术，2010，（06）：102-104.

[3]文友谊，文琼华，李帆等.碳纤维增强树脂基复合材料微波固化技术[J].航空韦}]造技术，2015，55（21）：61一64.

[4]范兴，张丹峰.电子束固化在军机先进复合材料结构修理中的应用探讨[J].环境技术，201 3，56（21）：173一175.

[5]刘博，李勇，肖军等.双酚A型环氧树脂紫外光固化工艺及其力学性能[J].航空学报，2 014，35（05）：1424一1432.endprint