飞机复合材料维修中非常规固化技术应用研究

杨雄

摘 要：在维修飞机复合材料当中，常规固化技术具有十分重要的作用，当前在制造飞机中使用符合材料的占比越来越大，在这样的形势下合理运用的维修复合材料的技术就有了非常重要的意义。非常规固化技术主要包括三种，即电子束固化、紫外光固化和微波固化等技术。在今后飞机制造行业中，复合材料的使用比例还会不断增加。基于此，本文主要对飞机复合材料维修中应用非常规固化技术展开探究。

关键词：飞机复合材料;维修;非常规固化技术

飞机复合材料具备极高的刚度与强度并且材质较强、耐腐蚀等优势，与纯钢结构相比较，使用大量的复合材料能够更好的促进飞机的前期制造与后期维护，所以复合材料也逐渐成为了现阶段民用航空器行业中主要的结构材料。当前复合材料应用于飞机的发动机机罩、阻力版以及蒸馏包皮等很多位置中，由于其具有良好的经济性与安全性，因此受到制造民用飞机企业的广泛喜爱。

一、飞机复合材料修理中紫外光固化技术的应用

飞机复合材料会出现裂纹的主要原因是变载荷引起的，在飞机材料在变载荷的影响下倘若失效就会出现裂纹的现象。紫外光固化技术充分运用了光敏剂的感光特点，经过紫外光的照射之后，材料当中含有的分子出现分解现象进而形成自由离子，促使不饱和的有机物发生交联、聚合等反应，最后对材料实现加固的效果。从理论方面来看，任何波长的光段都可以使复合材料出现固化现象，但是现阶段紫外光是主要应用的光固化技术，通过方便随身携带的紫外线发射设备，照射光敏胶的修复部位，就能够使复合材料快速产生固化反应。紫外光固化技术能够在比较低温的条件下使用，同时对复合材料引起的固化反应比以往的固化技术更加快速[1]。同时，紫外光固化复合材料的过程更加简单，不用使用十分精密、昂贵、先进的设备，应用成本非常合理，现阶段在固化和维修飞机复合材料领域当中被广泛运用。虽说在飞机复合材料修复中紫外光固化技术有诸多优点，但是也出现了一定的不足：首先，现阶段应用的紫外光固化胶并不具备很高的剪切强度，在20MPa的范围内仅仅可以修复极其轻微的损伤;其次，只有在复合材料粘连体具备极强透光性的条件下才可以使用紫外光固化技术，这主要是由于紫外线并不具备很强的穿透力，最高也只是两毫米，最多只可以固化维修材料表面的损伤。

二、飞机复合材料修理中微波固化技术的应用

飞机复合材料会由于微波的影响，导致材料内部出现温度增加并慢慢融化的情况，同时出现化学反应。微波固化技术主要是利用非致热效应以及致热效应的原理。在致热效应定义中提出，微波固化技术是由于应用微波致使复合材料温度上升，促使材料加速产生反应而引起的;而非致热效应提出，微波固化技术是由于微波辐射场对极性分子与例子产生洛伦兹力而造成的。现阶段人们认可的理念更偏向于利用致热效应对微波固化技术进行阐述，也就是外加的电磁场对复合材料产生影响之后，致使材料内部的介质出现极化反应，促使出现的极化强度矢量落后于电场的角度，导致电场出现完全一致的电流，消耗复合材料内部的功率，从而把微波能转变为热能[2]。与常规外在热源加热的形式有所差别，微波导热是由于介质损坏而引发的体积温度升高，而常规热源是通过从外到内的方式进行导热的，根据这一方面能够得出，微波能可以使得复合材料的所有位置均匀受热，同时微波能也比常规热源的加热速度更快，由此得出，微波固化技术具有固化快速、效率高、容易控制等优势。微波固化技术的使用重点是它能够应用携带方便的修复仪器，现阶段我们国家研发出一种便携式的微波固化设备，还有很多种微波施加设备。应用这些方便携带的仪器可以在二十秒左右的时间内快速实现对复合材料的修复固化处理，同时用这种技术修复过的复合材料比原材料的强度高达百分之八十。

三、飞机复合材料修理中热固化技术的应用

首先是热压设备。热压机和热压罐是现阶段修复飞机复合材料过程中经常用到的仪器，使用这些仪器固化和修复复合材料具备加强的安全性和可靠性。但是也存在一定的不足，就是会消耗过多的修复时间，并且修复成本比较高，不但在修复大型制件过程中容易出现各种问题，在修复其他结构时也极易出现各种问题[3]。同时，这种维修方法在实际运用中，并不适用于快速修理外场的飞机复合材料。也可以说，这一问题是无法实现飞机复合材料修理技术长远发展的主要影响原因之一。其次是热固化剂。这种材料具备很好的分解特点，在分解过程中会出现自由基的化合物。热固化剂具备十分明显的弱键结构特点，在热能的影响下，弱键会出现逐渐断裂的现象，在分解之后产生自由基。然后，自由基和树脂单位分子进行融合，这样就会出现单体自由基。使用热固化剂技术会增加单体链的长度，并且还会加强链和链之间的连性，进而出现化学键，这样就能够实现整个固化修复过程。

四、飞机复合材料修理中电子束固化技术的应用

（1）电子束固化技术，电子束主要是电场中因为能量的聚集和提升所出现的，电子束具备高能量和高密度两个特点，之前主要是将其运用到计算器和电视等技术行业中。（2）电子束固化技术的原理。在修复飞机复合材料的过程中，可以使用电子束加速设备，在电子运动的过程中可以形成能量，当电子束照射树脂体系的时候，使树脂体系内部的C-H键遭受到强烈的冲击，以此具有较高的分子活动能量，导致热平衡的状态被打破，当中一部分的C-H键会出现逐渐断裂的现象，并且产生的碳分子和氢原子就会产生一种具备活性的介质，这种介质的屬性和离子或者是电子的属性比较相似。如果是两个邻近分子互相吸引，因为碳原子比较活跃，可以将其内部的活化能逐渐释放，然后所形成的化学键就会利用两个分子之间出现交联反应，进而实现整个修复固化的过程。简单来说，电子束固化技术的原理就是辐射照射离子，从而使聚合物出现合成、改变性质、降解等反应，而聚合物出现反应的程度是由材料自身属性决定的，也和固化剂、稳定剂和促进剂等各种原因有密切联系，电子束对复合材料进行照射之后会使其出现十分繁杂的化学反应，进而最后达到固化效果。（3）电子束固化技术的优点。电子束固化技术适用于常规温度或者是低温环境中，这一特征是普通固化技术很难达到的，并且具备很高的固化效率，一般仅仅需要几分钟、甚至是几秒钟就能够实现修复和固化复合材料的整个过程，另外，还不会使构件发生翘曲或者是变形的情况，由于材料类型不一样，因此引发的流动性问题可以忽视不计，线性膨胀系数之间的差异所造成的影响也比较小[4]。

五、结束语

综上所述，当前复合材料在飞机制造当中使用的比重日益增加，今后科学合理的使用复合材料的修复固化技术也具有十分重要的意义。飞机复合材料因为其具备极高的刚性、强度和经济性，并且非常耐腐蚀，现阶段在飞机制造行业中占据着不可或缺的作用。在这样的背景下，对复合材料的固化技术进行深入探究也是大势所趋，因此，相关研究人员必须要不断努力，尽早探究出更加高效、经济、便捷的固化技术，进一步促进飞机复合材料维修固化领域的顺利发展，提升航空领域的经济效益。

参考文献：

[1]沈怡.探讨飞机复合材料维修中非常规固化技术的有效运用[J].科技经济导刊，2019，27（6）：91-91.

[2]孙侠生，肖迎春，白生宝，等.民用飞机复合材料结构健康监测技术研究[J].航空科学技术，2020（7）：53-63.

[3]蔡长海、刘文新、许朋、刘学凯、苗广原.航空复合材料维修数字化技术的展望[J].航空维修与工程，2020，No.352（10）：22-24.

[4]郝钢凝，陈晨.复合材料结构健康监测技术在飞机中的运用研究[J].中国科技投资，2019，（9）：225-225.