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DLR研究人员提出新型复合材料修理概念
2015-09-15
[据美国复合材料世界网站2015年6月12日报道]德国航宇中心(DLR)的研究人员提出了一种纤维增强聚合物材料的新型修理概念,以使生产中浪费减至最小。

由于纤维增强聚合物材料零件生产复杂且成本高,因此修理工艺通常耗时且昂贵。大型结构,例如飞机机身,其设计服役寿命达30年,如果发生损伤,通常需要拆下来修理或完全替换。如果是金属结构,直接将损伤部件切掉,并用新的金属结构铆接就行。而纤维增强聚合物零件的修理工艺相对复杂。因为纤维是承载且具有连接和结构恢复功能,不能简单地钻和铆,那将对纤维有损伤。DLR科学家先是去掉损伤的材料,然后用一块补丁代替,这块补丁类似于粘膏。补丁采用同样纤维增强材料制造,同样的纤维排列,利用热压作用胶接在结构上。

DLR修理工艺有两个特点。一是损伤材料使用激光器去除。工艺过程不需要任何冷却,不需要夹具或压力作用于结构,且基本没有工具磨损问题。二是研究人员仅加热补丁区和结构的损伤区。他们这样做时采用与补丁相同尺寸的感应加热的金属板通过真空压实补丁,于是补丁在压力和高温下胶接在结构周边。

研究人员相信,新的修理方法比以前技术更加灵活。以前使用加热炉或热压罐,整个零件都被加热。加热毯、红外灯或热风系统虽然能够实现只加热结构的部分,但对修理区针对性不强。同时,DLR使用额外的绝缘层可实现超过300℃加热,甚至能够修理热塑性材料。

研究人员还开发了一种移动修理站来验证该工艺。修理站包括修理纤维增强复合材料的所有系统。除了金属板感应加热设备以外,还有在补丁上产生所需压力的真空泵。工艺过程可以通过使用温度传感器进行控制。

目前,胶接工艺还没有获得航空部门批准用于高性能复合材料承载结构零件的修理。但是,许多新开发的工艺已经出现。几家公司已经对DLR开发的这种修理概念产生兴趣。(中国航空工业发展研究中心 任晓华)

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