[发明专利]碳纤维增强热塑性超混杂复合层板的损伤修复工艺及其装置

说明书

本发明涉及一种碳纤维增强热塑性超混杂复合层板的损伤修复装置，包括电极、给压组件、供电组件；电极包括立式点压上、下电极和卧式滚压上、下电极；立式点压上、下电极与构件接触部套设陶瓷压环；下电极固定，给压组件驱动上电极向下移动并给予构件恒定压力；卧式滚压上、下电极保持角速度相同方向相反的自转运动，构件在卧式滚压上、下电极沿构件上下表面滚动时，与构件产生滚动摩擦，并与构件发生相对移动；供电组件在内置电源及变压器的协同作用下能够调节电流大小，并针对不同尺寸、材料的超混杂复合层板构件变化电流参数。本发明具有能耗低、方法简单易实施、修复周期短等优势，大大节约了复合材料的修复成本。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强热塑性超混杂复合层板的损伤修复工艺及其装置，属于复合材料损伤修复技术领域。

背景技术

作为承力构件，超混杂复合层板在其服役阶段不可避免地受到冲击及交变载荷而产生损伤失效，主要包括基体开裂、界面脱粘、纤维断裂及分层。目前，纤维增强超混杂复合层板构件的损伤修复工艺主要存在以下几种：1、通过剥离去除单个损伤层片，并添加替换层片使层状复合材料恢复性能。如文献号为CN103358660A的中国专利文献所述的用于修复复杂的层状复合材料的工艺。2、在缺陷补强区涂刷层间粘胶剂并铺设碳纤维布，用不锈钢薄带紧固后固化修复。如文献号为CN102464861A的中国专利文献公开的一种修复管道碳纤维复合材料体系及应用。3、将特制补片与层压复合材料叠层后铰孔并安装钛合金螺栓进行紧固修复。如专利文献号为CN106226393A的中国专利文献公开的一种层压板复合材料结构分层损伤修复方法。

第1种方法为挖补法，其缺点是进一步损伤了复合层板的层间性能且工艺复杂条件要求苛刻。第2种方法为胶接贴补法，其缺点是严重影响了构件的外观尺寸，不能应用于外观覆盖件及对流线型有要求的构件。第3种方法为机械连接修补法，其缺点是破坏了纤维的连续性且螺栓连接处易产生电化学腐蚀及应力腐蚀从而造成进一步损伤。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层金属薄板与连续碳纤维增强热塑性树脂基复合层板的交替叠层构件，相比较于传统的热固性玻璃纤维增强复合材料，该超混杂复合层板结构凭借碳纤维超高的比强度和比刚度以及热塑性树脂优异的抗冲击、断裂韧性耐和腐蚀性能。

本发明采取以下技术方案：

一种碳纤维增强热塑性超混杂复合层板的损伤修复装置，包括电极、给压组件、供电组件；所述电极包括立式点压上、下电极和卧式滚压上、下电极；所述立式点压上、下电极与构件接触部套设陶瓷压环；所述下电极固定，给压组件驱动上电极向下移动并给予构件恒定压力；所述卧式滚压上、下电极保持角速度相同方向相反的自转运动，构件在卧式滚压上、下电极沿构件上下表面滚动时，与构件产生滚动摩擦，并与构件发生相对移动；所述供电组件在内置电源及变压器的协同作用下能够调节电流大小，并针对不同尺寸、材料的超混杂复合层板构件变化电流参数；所述立式点压上、下电极针对复合层板构件中的小区域损伤部位，陶瓷压环用于平衡压力及保证构件的尺寸要求；所述卧式滚压上、下电极针对复合层板构件中的大区域损伤部位及形状较为复杂的曲率构件。

本技术方案在焦耳热原理的基础上充分利用碳纤维高导电性能和热塑性树脂受热软化、冷却硬化的可重复加工性能实现了损伤超混杂复合层板构件熔融自愈的修复能力。对损伤构件修复过程中，根据焦耳定律：Q＝I2Rt，电流通过具体损伤部位时由于此处电阻较大从而释放出大量热量，热塑性树脂基体吸收大量热量后达到熔点并软化，在压力作用下降温后重新固化。界面脱粘及分层损伤中的被破坏界面得以固化重塑，基体开裂损伤中的裂缝伴随着基体的熔融状态下的流动愈合得以消除，纤维断裂拔出所形成的孔洞被熔融状态下的树脂基体流动填充，有效避免了各类损伤中裂纹进一步扩展从而导致的毁灭性破坏。