[发明专利]一种复合材料维修结构及维修方法

说明书

飞机、轨道车辆、汽车等交通工具和机械设备中的复合材料零部件应用越来越多，这些复合材料零部件在服役过程中，不可避免地会出现损伤，损伤会导致复合材料零部件性能下降。复合材料零部件的成本较高，因此对于没有完全丧失承载性能的复合材料零部件，通常是需要进行修理的。传统的复合材料零部件维修方法速度慢、成本高、工艺复杂，补片几何结构简单，在使用过程中容易出现分离、脱落等问题，可靠性差。本发明涉及一种复合材料维修结构及维修方法，可以实现各类复合材料零部件的维修，通用性强，适用范围广，节约材料，效率高，成本低，工程应用前景非常广阔。

技术领域

本发明涉及复合材料零部件的修理，尤其涉及一种复合材料维修结构及维修方法，属于复合材料维修技术领域。

背景技术

复合材料，具有密度小，比强度和比模量高，耐腐蚀，成型加工性能好，可设计性强，种类多，适用范围广等优点。目前，飞机、轨道车辆、汽车等交通工具和机械设备中的复合材料零部件应用越来越多，这些复合材料零部件在服役过程中，不可避免地会出现损伤，例如：冰雹冲击、地面石子冲击、车辆碰撞、疲劳损伤等。显然，损伤会导致复合材料零部件性能下降。复合材料零部件的成本较高，因此对于没有完全丧失承载性能的复合材料零部件，通常是需要进行修理的。传统的复合材料零部件维修方法速度慢、成本高、工艺复杂，维修区域补片多采用板材切割的方式获取，补片几何结构简单，无法满足损伤区域补强的要求，在使用过程中容易出现分离、脱落等问题，可靠性差；废弃的边角料多，取补片用的复合材料板因难以二次利用而常被废弃，导致材料浪费。

发明内容

1、发明目的：

本发明的目的在于提供一种复合材料维修结构及维修方法，实现复合材料零部件高效率且可靠的维修，降低维修费用，节约维修材料。

2、技术方案：

一种复合材料维修结构及维修方法，其一方面，提供了一种复合材料维修结构，包括：上补片，上胶层，待修的复材件，下胶层，下补片；修理工作完成后，得到已修的复材件；

所述上补片，由上补片外层、上补片内层、上补片内层卡槽、上补片内层环面和上补片内层卡槽凹口组成；上补片外层为圆形，厚度与待修的复材件的损伤区域厚度相同；上补片内层为圆形，厚度为待修的复材件的损伤区域厚度的一半，四周的上补片内层环面为斜面，该斜面与上补片外层的下表面成45度锐角，从而形成一个两头粗且中间细的锥形结构，这种结构与传统的补片结构相比，既可以增加胶接的面积，又可以起到机械锁合的作用，提高接合强度，使结构更加牢固；上补片内层内部设置有上补片内层卡槽，上补片内层卡槽中设置有上补片内层卡槽凹口，与下补片内层插扣和下补片内层插扣凸齿形成锁合结构，插入后旋转即可完成锁合，而且通过在上补片内层卡槽内涂抹胶粘剂，实现胶接与机械锁合的混合连接，使接合更为牢固；上补片使用短碳纤增强尼龙复合材料，通过熔融沉积成型(FDM)3D打印技术制造，打印机喷嘴温度为270℃，热床温度为80℃，可以获得表面质量和力学性能兼优的补片，这种下补片结构中间细、两端粗且设有中空的槽，与传统注塑、模压或热压罐技术相比,3D打印技术不需要模具且不存在脱模困难的问题；

所述上胶层，使用甲基丙烯酸结构胶，含有快速固化添加剂，可以实现快速固化；上胶层涂抹在上补片外层与待修的复材件结合的表面、上补片内层的表面和上补片内层卡槽内部，起到胶接的作用；

所述待修的复材件，为已经出现损伤的复合材料零部件，使用机加设备将损伤区域挖去，被挖掉的区域即为待修理的区域；

所述下胶层，使用甲基丙烯酸结构胶，含有快速固化添加剂，可以实现快速固化；下胶层涂抹在下补片外层与待修的复材件结合的表面、下补片内层的表面和下补片内层插扣，起到胶接的作用；