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先進復合材料講義(七):鋪層工藝介紹

2023-02-13 18:45:41    來源:維科號

本內(nèi)容較多,將分多次進行分享,更多內(nèi)容復合材料前沿公眾號!

鋪層工藝(典型的層壓濕鋪層)

鋪層技術(shù)


【資料圖】

解讀SRM并確定正確的修復材料,修復所需的層數(shù)和層方向。干燥零件,去除損壞的部分,用錐度砂打磨損壞區(qū)域的邊緣。用一塊薄塑料,從損壞的地方畫出每個修補層的大小。用蹤跡紙標注每層的鋪層方向。將修補厚度信息復制到一塊修補材料上,使其足夠大,可以切割所有層。用樹脂浸漬修復材料,在織物上放一塊透明的脫模膜,剪切層,把層堆在損壞的地方。這些層通常使用最小的鋪層優(yōu)先錐形鋪層順序,但另一種方法是使用最大的鋪層優(yōu)先鋪層順序。在這個順序中,第一層加強織物完全覆蓋工作區(qū)域,隨后依次是更小的層,然后用額外的外層或兩層延伸到補丁和聲音層壓板上一段距離完成。兩種方法如圖46和圖47所示

圖46:修復鋪層工藝

圖47:不同的鋪層(方法)技術(shù)

溢出(滲透)技術(shù)

使用真空袋技術(shù)的傳統(tǒng)溢出技術(shù)將穿孔釋放膜和通氣/溢出層放置在修復的頂部。釋放膜上的孔允許空氣通氣和樹脂排出整個修復區(qū)域。溢出的樹脂量取決于穿孔釋放膜上的孔的大小和數(shù)量,溢出/通氣布的厚度,樹脂粘度和溫度,以及真空壓力。

控制溢出允許有限數(shù)量的樹脂在滲透層中放流。將一塊穿孔脫模膜放在預浸料材料的上面,在穿孔脫模膜的上面放一層放膜,在放膜的上面放一層固態(tài)放膜。使用透氣層和真空袋壓縮修補。通氣層讓空氣逸出。溢出模只能吸收有限的樹脂,溢出模的樹脂量可以通過使用多個溢出模層來控制。過多的溢出層會導致樹脂缺乏修復。經(jīng)常查閱維護手冊或制造商技術(shù)表,以了解正確的套袋和溢出技術(shù)。

無滲透

樹脂含量為32-35%的預浸料系統(tǒng)是典型的無滲透系統(tǒng)。這些預浸料所含的樹脂量恰好與固化層壓板所需的相同;因此,不需要樹脂溢出。這些預浸料的溢出導致樹脂修復不足或部分匱乏。今天使用的許多高強度預浸料都是無滲透系統(tǒng)。不使用溢出模,樹脂被密封,所以沒有溢出。參考維護手冊,確定是否需要進行修復的溢出層。一張固態(tài)脫模膜(無孔)被放置在預浸料的頂部,并用溢出膠布在邊緣粘住。在膠帶的邊緣開了一個小口,這樣空氣就能逸出。安裝通氣層和真空袋以壓縮預浸料層??諝饪梢栽谛迯偷倪吘壱莩觯珱]有樹脂會流出。

如圖48所示,水平(或邊緣)溢出用于小型室溫濕鋪層修補。在修補處或部分(邊緣通氣層)周圍放置一條2英寸長的溢出布。不需要放膜,因為在修補的頂部沒有溢出布。用樹脂浸漬零件,并將真空袋置于修補處。一個真空應(yīng)用和一個刮刀是用來清除空氣和多余的樹脂到邊緣溢出。

圖48:凸凹輪廓零件的真空層壓

水平鋪層曲率鎖定

為了盡量減少樹脂固化過程中產(chǎn)生的殘余熱應(yīng)力,設(shè)計對稱的或平衡的層壓板總是好的做法。平衡層壓板示例,如圖49所示。第一個例子使用單向膠帶,而例子2和3是典型的準各向同性層合板由編織布制成。

圖49:均衡層壓板示例

如圖50,給出了不對稱層合板造成影響的例子。由于層壓板從固化溫度降至室溫時產(chǎn)生的熱應(yīng)力,這些影響在層壓板在高壓釜或烘箱中高溫固化時最為明顯。由于熱應(yīng)力小得多,在室溫下使用典型濕鋪層固化的層合板不會表現(xiàn)出相同程度的變形。

圖50:不對稱層合板造成的影響實例

復合材料的強度和剛度取決于鋪層方向。碳環(huán)氧樹脂的強度和剛度的實際范圍從低到高由玻璃纖維提供的數(shù)值,到由鈦提供的高數(shù)值。這個值的范圍是由層對施加的負載的方向決定的。由于強度設(shè)計要求是施加荷載方向的函數(shù),所以鋪層方向和鋪層順序必須正確。在維修過程中,用相同材料和方向的膠層或經(jīng)批準的替代品替換每一層損壞的膠層是至關(guān)重要的。

彎曲是指織物的縱向纖維。由于纖維的直線度,經(jīng)線是高強度的方向。曲率用于在圖表、規(guī)格表或制造商的表上描述纖維的方向。如果織物上沒有曲率,當織物從卷上下來時,曲率方向默認為零。因此,90°到零是穿過織物的寬度。90°到零也稱為填充方向。

混合樹脂

環(huán)氧樹脂,像所有多組分材料一樣,必須充分混合。一些樹脂系統(tǒng)添加了染料,以幫助觀察材料混合的好壞。由于許多樹脂系統(tǒng)沒有染料,所以必須緩慢而充分地混合樹脂三分鐘。如果樹脂混合太快,空氣就會進入混合物中。如果樹脂體系沒有充分混合,樹脂可能無法正確固化。一定要輕觸攪拌杯的邊緣和底部,以確保所有的樹脂混合正確。

不要混合大量的快速固化樹脂。這些類型的樹脂混合后會產(chǎn)生熱量。當樹脂過熱時,煙霧會灼傷或毒害你。只混合所需的量的材料。如果需要的物料多于最大批量,則需混合多個批次。

飽和技術(shù)

濕鋪修補時,用樹脂浸漬織物。在織物上涂適量的樹脂是很重要的。樹脂過多或過少都會影響修復的強度??諝獗淮嫒霕渲驔]有從織物中去除也會降低修復強度。

織物浸漬用刷子或橡皮刮

傳統(tǒng)的浸漬方式是用刷子或橡皮刮。技術(shù)人員將模具脫模劑或脫模膜放置在包膜板上,這樣膠層就不會粘在包膜板上。將一張布放在紙板上,在布的中間涂上樹脂。用刷子或清潔刷徹底濕潤織物。添加更多層的織物和樹脂,重復這個過程,直到所有層都浸漬。一個真空袋將被用來鞏固層和排出多余的樹脂和揮發(fā)物。大多數(shù)濕鋪層工藝在室溫下固化,但額外的熱量,高達150°F(65.56℃),用于加速固化過程。如圖51所示

圖51:用刷子或橡皮刮浸漬織物:a)濕鋪料;B)織物放置;C)織物浸漬;D)清潔刷用來充分刮勻濕潤織物

用真空袋浸漬織物

真空輔助浸漬法是用來浸漬修補織物與兩部分樹脂,同時封閉在真空袋。這種方法適用于緊密針織織物,當樹脂與纖維的比例接近最佳時。與刮刀浸漬相比,該工藝降低了織物內(nèi)的滯留空氣水平,為完成浸漬過程提供了更可控和包容的配置。

真空輔助浸漬包括以下步驟:

1.在桌子表面用來浸漬材料的區(qū)域周圍放置真空袋密封膠帶。該區(qū)域應(yīng)該比要浸漬的材料至少大4英寸。

2.在真空袋封口膠帶旁邊放一塊邊透氣布。邊緣通氣閥應(yīng)該是1-2英寸寬。

3.在桌子上放一塊固體分離膜。薄片應(yīng)該比要浸漬的材料大2英寸。

4.稱一下織物的重量,找出浸漬材料所需的樹脂混合量。

5.把織物鋪在分離膜上。

6.在織物和邊緣通氣閥之間放一塊透氣材料,以提供一個空氣路徑。

7.把樹脂倒在織物上。樹脂應(yīng)該在織物的中心區(qū)域形成一個連續(xù)的池。

8.把真空探頭放在邊緣通氣閥上。

9.在布料上再鋪上一層堅實的薄膜。這片膠膜的大小應(yīng)該與第一片相同或更大。

10.將真空袋放置密封,并對真空袋進行真空處理。

11.讓空氣從織物中排出2分鐘。

12.用橡皮刮把樹脂刮到織物上。慢慢地將樹脂從中心掃到織物邊緣。樹脂應(yīng)該均勻地分布在整個織物上。

13.取下織物,剪下修補層。

真空袋技術(shù)

真空袋成型是在空間中抽真空產(chǎn)生的壓力下固化鋪層的過程在鋪層和柔性薄板之間放置,并在邊緣密封。在真空袋成型過程中,層料一般采用預浸料或濕鋪料的手工鋪料方式放置在模具中。高流量樹脂優(yōu)先用于真空袋成型。

單邊真空裝袋

如果修補部分足夠大,可以在修補的一側(cè)放置一個真空袋,這是首選的方法。真空袋用粘性膠帶粘在適當?shù)牡胤?,并通過袋放置一個真空端口來產(chǎn)生真空。

封套包裝

封套包裝是將待修理零件完全封閉在真空袋中或?qū)⒄婵沾b在零件的末端以獲得適當密封的一種工藝。它經(jīng)常用于可拆卸的飛機零件,如飛行控制,罩板等,當零件的幾何形狀或修理位置使正確的真空袋裝和密封區(qū)域在真空中非常困難時。在某些情況下,零件可能太小,不允許安裝單邊袋真空。其他時候,修理位于一個大部件的末端,必須有一個真空袋包裹在末端,并一直密封。如圖52所示

圖52:封套包修補

交替施壓應(yīng)用

收縮帶

另一種方法的壓力應(yīng)用的烤箱固化是使用收縮包裝或收縮膠帶。這種方法通常用于已經(jīng)被纖維纏繞的部件,因為一些相同的應(yīng)用規(guī)則適用。膠帶包裹在已完成的鋪設(shè)上,通常只有一層釋放材料之間的膠帶和鋪層。加熱到膠帶上,通常用熱風槍使膠帶收縮,這個過程可以對鋪層施加巨大的壓力。收縮后,把零件放在烤箱中固化。使用收縮膠帶可以以低廉的價格制造高品質(zhì)部件。

c形夾

零部件也可以用夾子壓在一起。這種技術(shù)用于蜂窩板的實心層壓邊緣。卡箍(例如c型卡箍和彈簧卡箍)用于將部件的邊緣或修復細節(jié)壓在一起。總是使用帶壓力分配墊的夾子,因為如果夾緊力太高,可能會損壞零件。彈簧夾可用于固化過程中樹脂溢出的應(yīng)用,需要定期重新擰緊c型夾。

霰彈袋和砝碼

霰彈袋和砝碼也可以用來提供壓力,但由于施加的壓力水平低,它們的使用受到局限。

未完待續(xù)

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