電子束固化在軍機(jī)先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理中的應(yīng)用探討

曹雷

【摘 要】本文主要針對(duì)軍用飛機(jī)中復(fù)合材料的使用情況展開(kāi)探討，并且對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。主要是對(duì)當(dāng)前軍用飛機(jī)先進(jìn)符合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的探討，提出在此過(guò)程中電子束固化所起到的重要作用，同時(shí)還就電子束固化各方面進(jìn)行詳細(xì)的分析及探討，對(duì)其在軍用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理中的具體應(yīng)用進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】電子束固化；軍機(jī)；先進(jìn)復(fù)合材料；結(jié)構(gòu)；修理；應(yīng)用探討

近年來(lái)，我國(guó)軍用飛機(jī)飛行器的材料選擇已經(jīng)逐漸選用先進(jìn)的復(fù)合材料，在修理技術(shù)研究方面的力度也越來(lái)越強(qiáng)。飛機(jī)復(fù)合材料維修的主要目的就是使得軍用飛機(jī)能夠恢復(fù)到最佳的使用功能，在維修過(guò)程中最重要的維修項(xiàng)目就是對(duì)軍用飛機(jī)力學(xué)性能的維修。目前，我們已經(jīng)掌握的復(fù)合材料維修技術(shù)中固化所起到的作用最大。近年來(lái)，電子束固化得到顯著的發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)能夠成為軍用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)維修的關(guān)鍵技術(shù)。

1 飛機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀

以高性能樹(shù)脂為基體、高性能纖維等為增強(qiáng)材料并通過(guò)一定的復(fù)合工藝所制成材料稱(chēng)為先進(jìn)復(fù)合材料。在發(fā)展歷程上，它發(fā)祥于20世紀(jì)70年代，直接迎合了航空、航天和國(guó)防等尖端技術(shù)領(lǐng)域的需求，到今天為止，先進(jìn)復(fù)合材料仍然對(duì)武器裝備的現(xiàn)代化起著十分關(guān)鍵的支撐作用，并且這種作用在航空業(yè)今后的發(fā)展中會(huì)更加突出。飛行器采用復(fù)合材料的根本原因是減輕質(zhì)量，提升飛行器的性能。但是，到目前為止，這一預(yù)言并沒(méi)有按照預(yù)期實(shí)現(xiàn)，究其根本原因就是復(fù)合材料構(gòu)件在成本上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁合金構(gòu)件。然而對(duì)于軍用飛機(jī)來(lái)說(shuō)，首要的考慮因素是其生存力及其作戰(zhàn)性能，而不是制造成本。因此隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，更多以及更優(yōu)異的先進(jìn)復(fù)合材料不斷地被研制出來(lái)，并且不斷地在軍用飛機(jī)上得以最先應(yīng)用，從而使軍機(jī)的各項(xiàng)性能進(jìn)一步優(yōu)化和提升。因此隨著復(fù)合材料在軍用飛機(jī)上使用量的不斷增加，對(duì)這些材料在制造和使用過(guò)程中出現(xiàn)的損傷進(jìn)行有效的維護(hù)、修理已引起人們的廣泛關(guān)注。

2 先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理

由于飛機(jī)先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)零件的制備和成型過(guò)程是同時(shí)完成的，因此在材料制備過(guò)程中的缺陷及復(fù)合材料在不當(dāng)使用和環(huán)境適應(yīng)性出現(xiàn)問(wèn)題等可能會(huì)形成腐蝕、脫粘、表面鼓起等損傷。另外，復(fù)合材料脆性較大，在載荷過(guò)大或較小的沖擊載荷作用下均容易使其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破損，從而對(duì)其剛度和強(qiáng)度具有一定的影響。因此，即使復(fù)合材料用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)，但是我們必須要積極發(fā)展其結(jié)構(gòu)修理技術(shù)，從而可以為復(fù)合材料的進(jìn)一步深入以及廣泛應(yīng)用提供保證。

就復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理方面來(lái)講，該結(jié)構(gòu)修理主要從壽命預(yù)測(cè)及損傷控制、修理技術(shù)、新型固化方式及質(zhì)量評(píng)估四個(gè)方面來(lái)進(jìn)行，并且對(duì)每個(gè)方面都進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。

壽命預(yù)測(cè)及損傷控制就是對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料進(jìn)行部位評(píng)估，找出容易出現(xiàn)故障的部位，然后對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，這樣能夠在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的處理。修理技術(shù)研究主要就是對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理進(jìn)行分析，其中包括各項(xiàng)具體的技術(shù)，對(duì)每項(xiàng)技術(shù)都記性深刻的研究。質(zhì)量評(píng)估主要指的是對(duì)已經(jīng)修理完成的結(jié)構(gòu)和零部件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，測(cè)定其質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。

在修理區(qū)域進(jìn)行軍用飛機(jī)維修和保養(yǎng)的過(guò)程中，會(huì)受到多種因素的影響，尤其是在材料溫度控制方面，要求要讓材料處于低溫狀態(tài)下才能夠進(jìn)行固化，并且固化之后不需要對(duì)其進(jìn)行任何的處理。這是由于要想達(dá)到固化的標(biāo)準(zhǔn)就必須處于低溫、壓力小的環(huán)境下進(jìn)行，所以說(shuō)，在對(duì)軍用飛機(jī)復(fù)合材料進(jìn)行修理過(guò)程中不能使用熱壓罐的方式，必須要研究出低溫低壓的固化方法。從目前情況來(lái)看，飛機(jī)復(fù)合材料在生產(chǎn)和修理過(guò)程中具備很多的固化方式，在這些方式中最為突出的就是電子束固化，其目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于軍用飛機(jī)先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理過(guò)程中。所以，電子束固化應(yīng)用于軍用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理中是最佳的方式。

3 電子束固化修理

電子束固化技術(shù)是近年來(lái)興起的固化技術(shù)，其主要原理是利用電子束照射的形式來(lái)對(duì)想要固化的部分進(jìn)行固化，使得先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)生一系列的反應(yīng)，最終完成材料固化。

3.1 電子束固化技術(shù)的特點(diǎn)

電子束固化技術(shù)與傳統(tǒng)固化方式相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，電子束固化技術(shù)對(duì)熱量沒(méi)有較高的要求，其是近幾年興起的新型固化技術(shù)。其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：第一點(diǎn)，對(duì)溫度沒(méi)有較高的要求；第二點(diǎn)，固化時(shí)間比傳統(tǒng)固化技術(shù)時(shí)間要短；第三點(diǎn)，在固化零件上沒(méi)有過(guò)多的限制；第四點(diǎn)，能夠?qū)⑿枰袒瘏^(qū)域和不需要固化的區(qū)域精準(zhǔn)的區(qū)分開(kāi)，能夠有效避免材料受到多余的固化；第五點(diǎn)，電子束固化能夠?qū)Υ娣哦嗄甑臉?shù)脂進(jìn)行固化；第六點(diǎn)，電子束固化不會(huì)產(chǎn)生污染物質(zhì)。

3.2 電子束固化設(shè)備

電子束固化設(shè)備的應(yīng)用過(guò)程以及固化過(guò)程都已經(jīng)被記錄在多種專(zhuān)業(yè)書(shū)籍當(dāng)中，在書(shū)籍中對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析和記錄，本文對(duì)此不做過(guò)深的探討。與傳統(tǒng)熱壓罐固化方式相比來(lái)講，電子束固化在各個(gè)方面都優(yōu)于熱壓罐固化，并且在固化過(guò)程中產(chǎn)生的成本也較低，其固化過(guò)程中所需的電子加速器價(jià)格也有比較優(yōu)勢(shì)。

3.3 適用于電子束固化方式的修理材料

電子束固化方式的修理材料主要是應(yīng)用于樹(shù)脂當(dāng)中，主要被分為兩大類(lèi)，第一類(lèi)是丙烯酸酯類(lèi)，但是這種類(lèi)別在被固化之后物理方面的性能較弱。所以說(shuō)在軍用飛機(jī)復(fù)合材料休息過(guò)程中很少運(yùn)用這類(lèi)樹(shù)脂。第二類(lèi)是環(huán)氧樹(shù)脂，這類(lèi)樹(shù)脂在各個(gè)方面都具有很高的優(yōu)勢(shì)，所以說(shuō)這類(lèi)樹(shù)脂在軍用飛機(jī)先進(jìn)符合材料結(jié)構(gòu)修理過(guò)程中經(jīng)常被用到。

3.4 電子束固化技術(shù)應(yīng)用

軍用飛機(jī)在修理過(guò)程中更加看重修理時(shí)間，修理時(shí)間關(guān)乎戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)，只要修理時(shí)間短，成本多少不是關(guān)鍵。這時(shí)因?yàn)轱w機(jī)如果修理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，那么其戰(zhàn)斗力就會(huì)急劇下降，最終造成嚴(yán)重的損失。

國(guó)外一些國(guó)家已經(jīng)對(duì)電子束固化技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析和探討，美國(guó)、加拿大等部分民用航空公司在很早之前就已經(jīng)應(yīng)用電子束固化技術(shù)，到目前為止，這種技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，尤其是在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇整流裝置修理過(guò)程中，其運(yùn)用的電子束固化材料主要是：1L0：耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂和1L0：耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂。這兩種樹(shù)脂都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的審核才進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用的，并且已經(jīng)取得顯著的成效。

4 結(jié)語(yǔ)

電子束固化技術(shù)是目前為止最被看好和關(guān)注的技術(shù)，已經(jīng)地到多個(gè)國(guó)家的高度重視。然而，在軍用飛機(jī)先進(jìn)符合材料結(jié)構(gòu)修理過(guò)程中運(yùn)用電子束固化技術(shù)還存在很多急待解決的問(wèn)題，這些問(wèn)題主要包括：相對(duì)于傳統(tǒng)固化方式，電子束固化技術(shù)對(duì)于樹(shù)脂的要求較高，適用于軍用飛機(jī)的樹(shù)脂目前品種較少；缺乏外場(chǎng)修理可用的高能量電子加速器等，只要能克服上述不利因素，快速、高效的修復(fù)飛機(jī)復(fù)合材料也就能順利實(shí)施。

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