微波固化技术在飞机复合材料维修中的应用

微波固化技术在飞机复合材料维修中的应用

    复合材料蜂窝夹芯结构由2块面板和中间粘接低密度的蜂窝夹芯组成，主要用于制造飞机的次承力结构、非承力结构和功能性的结构件。由于地面误操作和外来物冲击，容易使蜂窝夹芯结构产生分层、脱胶、凹陷和非穿透孔洞等损伤。以前主要采用传统的热传导法(电热毯或光固化等)进行加温固化，由于是从外向内传热，存在温度梯度，固化时间较长，容易产生热应力，影响粘接质量。代永朝等利用微波加热固化技术对蜂窝夹芯结构的进行了修理，为了克服修补材料为非极性分子组成的介质材料，在粘结剂中添加了适量的微波吸收剂提高粘结剂的导电磁率，同时采用2450MHZ的微波频率作为微波功率源，实现了粘结过程中胶层的微波快速固化。他们先后对某型飞机不同部位的蜂窝夹芯结构损伤进行了多次修补，修补后的损伤其强度恢复率达到8O％以上，进行了试验验证，结果表明修补效果良好，完全满足蜂窝夹芯结构修理规范中规定的静强度要求。采用微波快速加热固化技术修补蜂窝夹芯结构损伤，不仅实现了粘接的快速固化，提高修补效率，而且开辟了一种复合材料粘接修理的新方法。

微波修复技术应用的关键是便携式的微波修复机和微波结构胶粘剂的研制。许陆文和空军第一航空学院合作，成功地研制开发了便携式微波修复机(频率为2．45GHz、功率为200W)和数种微波施加器。利用这种设备，以短纤维，环氧胶作修复胶，修复了带孔碳纤维／环氧和玻纤／环氧复合材料，固化时间仅为20—24s。固化修复后，复合材料构件拉伸强度可达原构件的80％以上。经试验证实，该技术对金属复合材料粘接修理和复合材料结构的粘接修理，都具有优异的效果。

代永朝和郑立胜根据微波快速固化、均匀制热的机理，也开发了新型复合材料微波快速粘接修复系统和微波结构胶，并进行了修补试验。为考查微波固化粘接修复技术的修复效果，采用碳纤维复合材料制作补片，分别进行了预制裂纹直条试样修补拉伸试验、预制裂纹直条试样修补拉、拉疲劳试验和带孔试样修补静拉伸试验。实验结果表明复合材料微波胶接修复技术可以较好地满足航空装备铝合金蒙皮抢修的需要，该技术的应用解决了采用复合材料抢修损伤结构时普遍存在的热影响区和固化不均等问题，并极大提高了抢修的效率。他们研制的KZH一2005型微波快速粘接修补机，为复合材料微波抢修技术应用提供了重要手段，为复合材料微波抢修工艺的实施提供了有力的保证。开发的微波结构胶，粘接强度高，剪切强度大于30MPa，满足飞机一般结构损伤的抢修需要。

    随着复合材料在飞机中应用比重的不断扩大，以及飞机应用领域和部件的发展，复合材料的低成本维修技术显得越来越重要，微波固化技术在复合材料维修领域也将更加受到重视。可以预见，微波固化技术的迅速发展，将有力推动飞机复合材料结构修理技术和水平的发展，并为航空领域带来巨大的经济效益。