飛機(jī)復(fù)合材料維修中非常規(guī)固化技術(shù)應(yīng)用研究

楊雄

摘 要：在維修飛機(jī)復(fù)合材料當(dāng)中，常規(guī)固化技術(shù)具有十分重要的作用，當(dāng)前在制造飛機(jī)中使用符合材料的占比越來(lái)越大，在這樣的形勢(shì)下合理運(yùn)用的維修復(fù)合材料的技術(shù)就有了非常重要的意義。非常規(guī)固化技術(shù)主要包括三種，即電子束固化、紫外光固化和微波固化等技術(shù)。在今后飛機(jī)制造行業(yè)中，復(fù)合材料的使用比例還會(huì)不斷增加。基于此，本文主要對(duì)飛機(jī)復(fù)合材料維修中應(yīng)用非常規(guī)固化技術(shù)展開(kāi)探究。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)復(fù)合材料;維修;非常規(guī)固化技術(shù)

飛機(jī)復(fù)合材料具備極高的剛度與強(qiáng)度并且材質(zhì)較強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)勢(shì)，與純鋼結(jié)構(gòu)相比較，使用大量的復(fù)合材料能夠更好的促進(jìn)飛機(jī)的前期制造與后期維護(hù)，所以復(fù)合材料也逐漸成為了現(xiàn)階段民用航空器行業(yè)中主要的結(jié)構(gòu)材料。當(dāng)前復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩、阻力版以及蒸餾包皮等很多位置中，由于其具有良好的經(jīng)濟(jì)性與安全性，因此受到制造民用飛機(jī)企業(yè)的廣泛喜愛(ài)。

一、飛機(jī)復(fù)合材料修理中紫外光固化技術(shù)的應(yīng)用

飛機(jī)復(fù)合材料會(huì)出現(xiàn)裂紋的主要原因是變載荷引起的，在飛機(jī)材料在變載荷的影響下倘若失效就會(huì)出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象。紫外光固化技術(shù)充分運(yùn)用了光敏劑的感光特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)紫外光的照射之后，材料當(dāng)中含有的分子出現(xiàn)分解現(xiàn)象進(jìn)而形成自由離子，促使不飽和的有機(jī)物發(fā)生交聯(lián)、聚合等反應(yīng)，最后對(duì)材料實(shí)現(xiàn)加固的效果。從理論方面來(lái)看，任何波長(zhǎng)的光段都可以使復(fù)合材料出現(xiàn)固化現(xiàn)象，但是現(xiàn)階段紫外光是主要應(yīng)用的光固化技術(shù)，通過(guò)方便隨身攜帶的紫外線發(fā)射設(shè)備，照射光敏膠的修復(fù)部位，就能夠使復(fù)合材料快速產(chǎn)生固化反應(yīng)。紫外光固化技術(shù)能夠在比較低溫的條件下使用，同時(shí)對(duì)復(fù)合材料引起的固化反應(yīng)比以往的固化技術(shù)更加快速[1]。同時(shí)，紫外光固化復(fù)合材料的過(guò)程更加簡(jiǎn)單，不用使用十分精密、昂貴、先進(jìn)的設(shè)備，應(yīng)用成本非常合理，現(xiàn)階段在固化和維修飛機(jī)復(fù)合材料領(lǐng)域當(dāng)中被廣泛運(yùn)用。雖說(shuō)在飛機(jī)復(fù)合材料修復(fù)中紫外光固化技術(shù)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是也出現(xiàn)了一定的不足：首先，現(xiàn)階段應(yīng)用的紫外光固化膠并不具備很高的剪切強(qiáng)度，在20MPa的范圍內(nèi)僅僅可以修復(fù)極其輕微的損傷;其次，只有在復(fù)合材料粘連體具備極強(qiáng)透光性的條件下才可以使用紫外光固化技術(shù)，這主要是由于紫外線并不具備很強(qiáng)的穿透力，最高也只是兩毫米，最多只可以固化維修材料表面的損傷。

二、飛機(jī)復(fù)合材料修理中微波固化技術(shù)的應(yīng)用

飛機(jī)復(fù)合材料會(huì)由于微波的影響，導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)溫度增加并慢慢融化的情況，同時(shí)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)。微波固化技術(shù)主要是利用非致熱效應(yīng)以及致熱效應(yīng)的原理。在致熱效應(yīng)定義中提出，微波固化技術(shù)是由于應(yīng)用微波致使復(fù)合材料溫度上升，促使材料加速產(chǎn)生反應(yīng)而引起的;而非致熱效應(yīng)提出，微波固化技術(shù)是由于微波輻射場(chǎng)對(duì)極性分子與例子產(chǎn)生洛倫茲力而造成的。現(xiàn)階段人們認(rèn)可的理念更偏向于利用致熱效應(yīng)對(duì)微波固化技術(shù)進(jìn)行闡述，也就是外加的電磁場(chǎng)對(duì)復(fù)合材料產(chǎn)生影響之后，致使材料內(nèi)部的介質(zhì)出現(xiàn)極化反應(yīng)，促使出現(xiàn)的極化強(qiáng)度矢量落后于電場(chǎng)的角度，導(dǎo)致電場(chǎng)出現(xiàn)完全一致的電流，消耗復(fù)合材料內(nèi)部的功率，從而把微波能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮躘2]。與常規(guī)外在熱源加熱的形式有所差別，微波導(dǎo)熱是由于介質(zhì)損壞而引發(fā)的體積溫度升高，而常規(guī)熱源是通過(guò)從外到內(nèi)的方式進(jìn)行導(dǎo)熱的，根據(jù)這一方面能夠得出，微波能可以使得復(fù)合材料的所有位置均勻受熱，同時(shí)微波能也比常規(guī)熱源的加熱速度更快，由此得出，微波固化技術(shù)具有固化快速、效率高、容易控制等優(yōu)勢(shì)。微波固化技術(shù)的使用重點(diǎn)是它能夠應(yīng)用攜帶方便的修復(fù)儀器，現(xiàn)階段我們國(guó)家研發(fā)出一種便攜式的微波固化設(shè)備，還有很多種微波施加設(shè)備。應(yīng)用這些方便攜帶的儀器可以在二十秒左右的時(shí)間內(nèi)快速實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料的修復(fù)固化處理，同時(shí)用這種技術(shù)修復(fù)過(guò)的復(fù)合材料比原材料的強(qiáng)度高達(dá)百分之八十。

三、飛機(jī)復(fù)合材料修理中熱固化技術(shù)的應(yīng)用

首先是熱壓設(shè)備。熱壓機(jī)和熱壓罐是現(xiàn)階段修復(fù)飛機(jī)復(fù)合材料過(guò)程中經(jīng)常用到的儀器，使用這些儀器固化和修復(fù)復(fù)合材料具備加強(qiáng)的安全性和可靠性。但是也存在一定的不足，就是會(huì)消耗過(guò)多的修復(fù)時(shí)間，并且修復(fù)成本比較高，不但在修復(fù)大型制件過(guò)程中容易出現(xiàn)各種問(wèn)題，在修復(fù)其他結(jié)構(gòu)時(shí)也極易出現(xiàn)各種問(wèn)題[3]。同時(shí)，這種維修方法在實(shí)際運(yùn)用中，并不適用于快速修理外場(chǎng)的飛機(jī)復(fù)合材料。也可以說(shuō)，這一問(wèn)題是無(wú)法實(shí)現(xiàn)飛機(jī)復(fù)合材料修理技術(shù)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的主要影響原因之一。其次是熱固化劑。這種材料具備很好的分解特點(diǎn)，在分解過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)自由基的化合物。熱固化劑具備十分明顯的弱鍵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在熱能的影響下，弱鍵會(huì)出現(xiàn)逐漸斷裂的現(xiàn)象，在分解之后產(chǎn)生自由基。然后，自由基和樹(shù)脂單位分子進(jìn)行融合，這樣就會(huì)出現(xiàn)單體自由基。使用熱固化劑技術(shù)會(huì)增加單體鏈的長(zhǎng)度，并且還會(huì)加強(qiáng)鏈和鏈之間的連性，進(jìn)而出現(xiàn)化學(xué)鍵，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)固化修復(fù)過(guò)程。

四、飛機(jī)復(fù)合材料修理中電子束固化技術(shù)的應(yīng)用

（1）電子束固化技術(shù)，電子束主要是電場(chǎng)中因?yàn)槟芰康木奂吞嵘霈F(xiàn)的，電子束具備高能量和高密度兩個(gè)特點(diǎn)，之前主要是將其運(yùn)用到計(jì)算器和電視等技術(shù)行業(yè)中。（2）電子束固化技術(shù)的原理。在修復(fù)飛機(jī)復(fù)合材料的過(guò)程中，可以使用電子束加速設(shè)備，在電子運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中可以形成能量，當(dāng)電子束照射樹(shù)脂體系的時(shí)候，使樹(shù)脂體系內(nèi)部的C-H鍵遭受到強(qiáng)烈的沖擊，以此具有較高的分子活動(dòng)能量，導(dǎo)致熱平衡的狀態(tài)被打破，當(dāng)中一部分的C-H鍵會(huì)出現(xiàn)逐漸斷裂的現(xiàn)象，并且產(chǎn)生的碳分子和氫原子就會(huì)產(chǎn)生一種具備活性的介質(zhì)，這種介質(zhì)的屬性和離子或者是電子的屬性比較相似。如果是兩個(gè)鄰近分子互相吸引，因?yàn)樘荚颖容^活躍，可以將其內(nèi)部的活化能逐漸釋放，然后所形成的化學(xué)鍵就會(huì)利用兩個(gè)分子之間出現(xiàn)交聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)修復(fù)固化的過(guò)程。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電子束固化技術(shù)的原理就是輻射照射離子，從而使聚合物出現(xiàn)合成、改變性質(zhì)、降解等反應(yīng)，而聚合物出現(xiàn)反應(yīng)的程度是由材料自身屬性決定的，也和固化劑、穩(wěn)定劑和促進(jìn)劑等各種原因有密切聯(lián)系，電子束對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行照射之后會(huì)使其出現(xiàn)十分繁雜的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而最后達(dá)到固化效果。（3）電子束固化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。電子束固化技術(shù)適用于常規(guī)溫度或者是低溫環(huán)境中，這一特征是普通固化技術(shù)很難達(dá)到的，并且具備很高的固化效率，一般僅僅需要幾分鐘、甚至是幾秒鐘就能夠?qū)崿F(xiàn)修復(fù)和固化復(fù)合材料的整個(gè)過(guò)程，另外，還不會(huì)使構(gòu)件發(fā)生翹曲或者是變形的情況，由于材料類(lèi)型不一樣，因此引發(fā)的流動(dòng)性問(wèn)題可以忽視不計(jì)，線性膨脹系數(shù)之間的差異所造成的影響也比較小[4]。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前復(fù)合材料在飛機(jī)制造當(dāng)中使用的比重日益增加，今后科學(xué)合理的使用復(fù)合材料的修復(fù)固化技術(shù)也具有十分重要的意義。飛機(jī)復(fù)合材料因?yàn)槠渚邆錁O高的剛性、強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性，并且非常耐腐蝕，現(xiàn)階段在飛機(jī)制造行業(yè)中占據(jù)著不可或缺的作用。在這樣的背景下，對(duì)復(fù)合材料的固化技術(shù)進(jìn)行深入探究也是大勢(shì)所趨，因此，相關(guān)研究人員必須要不斷努力，盡早探究出更加高效、經(jīng)濟(jì)、便捷的固化技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)飛機(jī)復(fù)合材料維修固化領(lǐng)域的順利發(fā)展，提升航空領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]孫俠生，肖迎春，白生寶，等.民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J].航空科學(xué)技術(shù)，2020（7）：53-63.

[3]蔡長(zhǎng)海、劉文新、許朋、劉學(xué)凱、苗廣原.航空復(fù)合材料維修數(shù)字化技術(shù)的展望[J].航空維修與工程，2020，No.352（10）：22-24.

[4]郝鋼凝，陳晨.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在飛機(jī)中的運(yùn)用研究[J].中國(guó)科技投資，2019，（9）：225-225.