微波固化技術(shù)在飛機(jī)復(fù)合材料維修中的應(yīng)用

    復(fù)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(jī)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(dǎo)法(電熱毯或光固化等)進(jìn)行加溫固化，由于是從外向內(nèi)傳熱，存在溫度梯度，固化時(shí)間較長，容易產(chǎn)生熱應(yīng)力，影響粘接質(zhì)量。代永朝等利用微波加熱固化技術(shù)對蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的進(jìn)行了修理，為了克服修補(bǔ)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(dǎo)電磁率，同時(shí)采用2450MHZ的微波頻率作為微波功率源，實(shí)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(jī)不同部位的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行了多次修補(bǔ)，修補(bǔ)后的損傷其強(qiáng)度恢復(fù)率達(dá)到8O％以上，進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明修補(bǔ)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(qiáng)度要求。采用微波快速加熱固化技術(shù)修補(bǔ)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)損傷，不僅實(shí)現(xiàn)了粘接的快速固化，提高修補(bǔ)效率，而且開辟了一種復(fù)合材料粘接修理的新方法。

微波修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是便攜式的微波修復(fù)機(jī)和微波結(jié)構(gòu)膠粘劑的研制。許陸文和空軍第一航空學(xué)院合作，成功地研制開發(fā)了便攜式微波修復(fù)機(jī)(頻率為2．45GHz、功率為200W)和數(shù)種微波施加器。利用這種設(shè)備，以短纖維，環(huán)氧膠作修復(fù)膠，修復(fù)了帶孔碳纖維／環(huán)氧和玻纖／環(huán)氧復(fù)合材料，固化時(shí)間僅為20—24s。固化修復(fù)后，復(fù)合材料構(gòu)件拉伸強(qiáng)度可達(dá)原構(gòu)件的80％以上。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，該技術(shù)對金屬復(fù)合材料粘接修理和復(fù)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(jī)理，也開發(fā)了新型復(fù)合材料微波快速粘接修復(fù)系統(tǒng)和微波結(jié)構(gòu)膠，并進(jìn)行了修補(bǔ)試驗(yàn)。為考查微波固化粘接修復(fù)技術(shù)的修復(fù)效果，采用碳纖維復(fù)合材料制作補(bǔ)片，分別進(jìn)行了預(yù)制裂紋直條試樣修補(bǔ)拉伸試驗(yàn)、預(yù)制裂紋直條試樣修補(bǔ)拉、拉疲勞試驗(yàn)和帶孔試樣修補(bǔ)靜拉伸試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合材料微波膠接修復(fù)技術(shù)可以較好地滿足航空裝備鋁合金蒙皮搶修的需要，該技術(shù)的應(yīng)用解決了采用復(fù)合材料搶修損傷結(jié)構(gòu)時(shí)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(bǔ)機(jī)，為復(fù)合材料微波搶修技術(shù)應(yīng)用提供了重要手段，為復(fù)合材料微波搶修工藝的實(shí)施提供了有力的保證。開發(fā)的微波結(jié)構(gòu)膠，粘接強(qiáng)度高，剪切強(qiáng)度大于30MPa，滿足飛機(jī)一般結(jié)構(gòu)損傷的搶修需要。

    隨著復(fù)合材料在飛機(jī)中應(yīng)用比重的不斷擴(kuò)大，以及飛機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域和部件的發(fā)展，復(fù)合材料的低成本維修技術(shù)顯得越來越重要，微波固化技術(shù)在復(fù)合材料維修領(lǐng)域也將更加受到重視。可以預(yù)見，微波固化技術(shù)的迅速發(fā)展，將有力推動飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)和水平的發(fā)展，并為航空領(lǐng)域帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。