微波固化技術在飛機復合材料維修中的應用

    復合材料蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、非承力結(jié)構(gòu)和功能性的結(jié)構(gòu)件。由于地面誤操作和外來物沖擊，容易使蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)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(tǒng)的熱傳導法(電熱毯或光固化等)進行加溫固化，由于是從外向內(nèi)傳熱，存在溫度梯度，固化時間較長，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對蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的進行了修理，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(jié)劑中添加了適量的微波吸收劑提高粘結(jié)劑的導電磁率，同時采用2450MHZ的微波頻率作為微波功率源，實現(xiàn)了粘結(jié)過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(jié)構(gòu)損傷進行了多次修補，修補后的損傷其強度恢復率達到8O％以上，進行了試驗驗證，結(jié)果表明修補效果良好，完全滿足蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)修理規(guī)范中規(guī)定的靜強度要求。采用微波快速加熱固化技術修補蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)損傷，不僅實現(xiàn)了粘接的快速固化，提高修補效率，而且開辟了一種復合材料粘接修理的新方法。

微波修復技術應用的關鍵是便攜式的微波修復機和微波結(jié)構(gòu)膠粘劑的研制。許陸文和空軍第一航空學院合作，成功地研制開發(fā)了便攜式微波修復機(頻率為2．45GHz、功率為200W)和數(shù)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，固化時間僅為20—24s。固化修復后，復合材料構(gòu)件拉伸強度可達原構(gòu)件的80％以上。經(jīng)試驗證實，該技術對金屬復合材料粘接修理和復合材料結(jié)構(gòu)的粘接修理，都具有優(yōu)異的效果。

代永朝和鄭立勝根據(jù)微波快速固化、均勻制熱的機理，也開發(fā)了新型復合材料微波快速粘接修復系統(tǒng)和微波結(jié)構(gòu)膠，并進行了修補試驗。為考查微波固化粘接修復技術的修復效果，采用碳纖維復合材料制作補片，分別進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。實驗結(jié)果表明復合材料微波膠接修復技術可以較好地滿足航空裝備鋁合金蒙皮搶修的需要，該技術的應用解決了采用復合材料搶修損傷結(jié)構(gòu)時普遍存在的熱影響區(qū)和固化不均等問題，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應用提供了重要手段，為復合材料微波搶修工藝的實施提供了有力的保證。開發(fā)的微波結(jié)構(gòu)膠，粘接強度高，剪切強度大于30MPa，滿足飛機一般結(jié)構(gòu)損傷的搶修需要。

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