微波固化技術(shù)在飛機復合材料維修中的應用

微波固化技術(shù)在飛機復合材料維修中的應用

    復合材料蜂窩夾芯結構由2塊面板和中間粘接低密度的蜂窩夾芯組成，主要用于制造飛機的次承力結構、非承力結構和功能性的結構件。由于地面誤操作和外來(lái)物沖擊，容易使蜂窩夾芯結構產(chǎn)生分層、脫膠、凹陷和非穿透孔洞等損傷。以前主要采用傳統的熱傳導法(電熱毯或光固化等)進(jìn)行加溫固化，由于是從外向內傳熱，存在溫度梯度，固化時(shí)間較長(cháng)，容易產(chǎn)生熱應力，影響粘接質(zhì)量。代永朝等利用微波加熱固化技術(shù)對蜂窩夾芯結構的進(jìn)行了修理，為了克服修補材料為非極性分子組成的介質(zhì)材料，在粘結劑中添加了適量的微波吸收劑提高粘結劑的導電磁率，同時(shí)采用2450MHZ的微波頻率作為微波功率源，實(shí)現了粘結過(guò)程中膠層的微波快速固化。他們先后對某型飛機不同部位的蜂窩夾芯結構損傷進(jìn)行了多次修補，修補后的損傷其強度恢復率達到8O％以上，進(jìn)行了試驗驗證，結果表明修補效果良好，完全滿(mǎn)足蜂窩夾芯結構修理規范中規定的靜強度要求。采用微波快速加熱固化技術(shù)修補蜂窩夾芯結構損傷，不僅實(shí)現了粘接的快速固化，提高修補效率，而且開(kāi)辟了一種復合材料粘接修理的新方法。

微波修復技術(shù)應用的關(guān)鍵是便攜式的微波修復機和微波結構膠粘劑的研制。許陸文和空軍第一航空學(xué)院合作，成功地研制開(kāi)發(fā)了便攜式微波修復機(頻率為2．45GHz、功率為200W)和數種微波施加器。利用這種設備，以短纖維，環(huán)氧膠作修復膠，修復了帶孔碳纖維／環(huán)氧和玻纖／環(huán)氧復合材料，固化時(shí)間僅為20—24s。固化修復后，復合材料構件拉伸強度可達原構件的80％以上。經(jīng)試驗證實(shí)，該技術(shù)對金屬復合材料粘接修理和復合材料結構的粘接修理，都具有優(yōu)異的效果。

代永朝和鄭立勝根據微波快速固化、均勻制熱的機理，也開(kāi)發(fā)了新型復合材料微波快速粘接修復系統和微波結構膠，并進(jìn)行了修補試驗。為考查微波固化粘接修復技術(shù)的修復效果，采用碳纖維復合材料制作補片，分別進(jìn)行了預制裂紋直條試樣修補拉伸試驗、預制裂紋直條試樣修補拉、拉疲勞試驗和帶孔試樣修補靜拉伸試驗。實(shí)驗結果表明復合材料微波膠接修復技術(shù)可以較好地滿(mǎn)足航空裝備鋁合金蒙皮搶修的需要，該技術(shù)的應用解決了采用復合材料搶修損傷結構時(shí)普遍存在的熱影響區和固化不均等問(wèn)題，并極大提高了搶修的效率。他們研制的KZH一2005型微波快速粘接修補機，為復合材料微波搶修技術(shù)應用提供了重要手段，為復合材料微波搶修工藝的實(shí)施提供了有力的保證。開(kāi)發(fā)的微波結構膠，粘接強度高，剪切強度大于30MPa，滿(mǎn)足飛機一般結構損傷的搶修需要。

    隨著(zhù)復合材料在飛機中應用比重的不斷擴大，以及飛機應用領(lǐng)域和部件的發(fā)展，復合材料的低成本維修技術(shù)顯得越來(lái)越重要，微波固化技術(shù)在復合材料維修領(lǐng)域也將更加受到重視?？梢灶A見(jiàn)，微波固化技術(shù)的迅速發(fā)展，將有力推動(dòng)飛機復合材料結構修理技術(shù)和水平的發(fā)展，并為航空領(lǐng)域帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益。