復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與修理課件

波音飛機(jī)

復(fù)合材料修理波音飛機(jī)

復(fù)合材料修理1目錄第一章復(fù)合材料簡介第二章施工安全和材料的管理第三章飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四章加工第五章修理的過程和典型結(jié)構(gòu)修理第六章鋁合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的膠接修理第七章檢測目錄第一章復(fù)合材料簡介2第一章復(fù)合材料的簡介復(fù)合材料的定義材料的形式纖維增強(qiáng)材料織物基體和環(huán)氧樹脂體系粘接劑蜂窩及蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)第一章復(fù)合材料的簡介復(fù)合材料的定義3定義

由兩種或兩種以上的材料組合而成的材料稱之為復(fù)合材料。復(fù)合材料的范圍包括玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料、金屬基、陶瓷基復(fù)合材料。教程中所涉及的復(fù)合材料是基于用一種或數(shù)種纖維排列鑲嵌在某些形式的聚合物樹脂（基體）中。定義由兩種或兩種以上的材料組合而4一般簡介圖1-1復(fù)合材料的組成一般簡介圖1-1復(fù)合材料的組成5材料的形式長絲長絲又叫長纖維，是一根根的連續(xù)纖維，除了在幾何不連續(xù)處以外，在一個(gè)構(gòu)件中通常沒有長絲的端頭。單向帶單向帶是由紗在樹脂基體中沿著單一方向排列而成3.織物由紗、纖維或長絲織成的材料。材料的形式長絲6纖維增強(qiáng)材料玻璃纖維Kevlar纖維－－芳綸纖維碳/石墨硼纖維陶瓷纖維纖維增強(qiáng)材料玻璃纖維7圖1-2纖維增強(qiáng)材料的形式圖1-2纖維增強(qiáng)材料的形式8圖1-3布邊圖1-3布邊9圖1-4經(jīng)紗的方向圖1-4經(jīng)紗的方向10圖1-5石墨纖維生產(chǎn)工序圖1-5石墨纖維生產(chǎn)工序11圖1-6石墨纖維的代碼圖1-6石墨纖維的代碼12織物的優(yōu)點(diǎn)比帶抵抗纖維斷裂和層間分離能力強(qiáng)損傷容限高，對“固化皺損”要求低，對于修理工作比帶好編織中減少了絲束分離抗疲勞損傷織物的優(yōu)點(diǎn)比帶抵抗纖維斷裂和層間分離能力強(qiáng)13圖1-7織布圖案圖1-7織布圖案14圖1-8預(yù)浸帶材料圖1-8預(yù)浸帶材料15圖1-9預(yù)浸布圖1-9預(yù)浸布16基體和環(huán)氧樹脂體系

基體是一種將復(fù)合材料中的纖維或長纖維粘接在一起的均勻材料。

環(huán)氧樹脂由兩部分組成：樹脂和催化劑（或稱固化劑）?；w和環(huán)氧樹脂體系基體是一種將復(fù)合材料中17

*富脂:易產(chǎn)生裂紋

*貧脂:由于有空隙而較弱

*固化溫度:是敏感的

+環(huán)氧:室溫至350℉

(177℃)

+聚酯：室溫至250℉

(121℃)

+聚酰亞胺:500℉及600℉(260℃-316℃)

*熱固性:基體的化學(xué)反應(yīng)

*熱塑性:無化學(xué)反應(yīng)

在600℉及700℉融化(316℃-371℃)

圖1-10樹脂體系*富脂:易產(chǎn)生裂紋

*貧脂:由于有空隙而較弱

*固化18粘接劑膠膜是涂在一層支持薄膜上的粘接劑糊狀粘接劑由兩種組分混合泡沫粘接劑是含泡沫劑的環(huán)氧樹脂體系填充劑是在混合后的樹脂中加入材料，類型分為：短纖維、碎纖維、硅粉添加劑、微珠粘接劑膠膜是涂在一層支持薄膜上的粘接劑19蜂窩及蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)

蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的特性：蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)有比常規(guī)金屬結(jié)構(gòu)更高的比強(qiáng)度蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)具有更高的抗彎強(qiáng)度具有更高的結(jié)構(gòu)阻尼、較高的吸音和耐聲振疲勞的性能具有隔熱性能，并具有光滑的氣動(dòng)外形蜂窩及蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的特性：20圖1-11蜂窩的拉伸過程圖1-11蜂窩的拉伸過程21圖1-12蜂窩夾層結(jié)構(gòu)圖1-12蜂窩夾層結(jié)構(gòu)22圖1-13芯格的形狀圖1-13芯格的形狀23第二章施工安全和材料的管理施工過程中，需要佩戴好必要的勞動(dòng)防護(hù)用品，化工品必須嚴(yán)格按照說明書來進(jìn)行儲(chǔ)藏和使用。第一部分施工安全第二部分材料的管理第二章施工安全和材料的管理施工過程中，24圖2－1皮膚防護(hù)和安全眼鏡施工安全圖2－1皮膚防護(hù)和安全眼鏡施工安全25圖2-2呼吸器官的防護(hù)圖2-2呼吸器官的防護(hù)26鋪設(shè)區(qū)

鋪設(shè)區(qū)必須避開灰塵、水汽、油霧、逸出的火焰及其他對粘接不利的材料。需注意鋪設(shè)區(qū)的潔凈。建議：鋪設(shè)區(qū)最好不要與切割、打磨、鉆孔在同一個(gè)工作間內(nèi)進(jìn)行。鋪設(shè)區(qū)鋪設(shè)區(qū)必須避開灰塵、水汽、油霧、逸27圖2－3正確與不正確的工作環(huán)境對比圖2－3正確與不正確的工作環(huán)境對比28材料管理存貯期通常情況下，粘接劑、樹脂和預(yù)浸料應(yīng)在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)存貯。材料的存貯期是指從制造完成到它不再為飛機(jī)安全使用的壽命或時(shí)間。材料的存貯期可以通過存貯在10℉以下或按照制造商所特別要求的溫度而延長。材料管理存貯期29外露時(shí)間外露時(shí)間是指一卷給定的材料處于室溫條件下的所有累積小時(shí)數(shù)。外露時(shí)間從材料離開冰箱開始算起，總的外露時(shí)間不能超過制造商的規(guī)定。外露時(shí)間30圖2-4封裝包裹圖2-4封裝包裹31樹脂系統(tǒng)的比例配制指南保持臺(tái)秤的平臺(tái)和秤盤的清潔，稱重時(shí)應(yīng)涂上脫模劑以免被樹脂站住扣除刻度的非零點(diǎn)部分以補(bǔ)償混合容器的重量比例應(yīng)該在所用秤的刻度范圍之內(nèi)（不能猜測中間的刻度），秤應(yīng)能精確到1/10g，避免小量調(diào)制。不要將秤從它本來的位置移走，因?yàn)樘炱接幸欢ǖ乃揭?。避免不意的外來影響。不要超出量程。稱重時(shí)不要試圖對秤做任何調(diào)整。樹脂系統(tǒng)的比例配制指南保持臺(tái)秤的平臺(tái)和秤盤的清潔，稱重時(shí)應(yīng)涂32圖2-5隔柵式和秤圖2-5隔柵式和秤33第三章飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)合材料的特性材料密度失效特性材料強(qiáng)度抗疲勞性復(fù)合材料的連接緊固件鋪層的原則夾層結(jié)構(gòu)典型特點(diǎn)樹脂的固化體系腐蝕控制先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用第三章飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)合材料的特性夾層結(jié)構(gòu)典型34復(fù)合材料的特性比強(qiáng)度和比模量高具有可設(shè)計(jì)性抗疲勞性能好減振性能好高溫性能好破損安全性好具有脆性材料的特性復(fù)合材料的特性比強(qiáng)度和比模量高35表3－1材料特性－－密度表3－1材料特性－－密度36表3—2減重比較表表3—2減重比較表37

*線彈性直至屈服應(yīng)力*線彈笥直至極限應(yīng)力

*塑性極限破壞*脆壞或突然破壞

*允許應(yīng)力極限由屈服點(diǎn)決定*受到濕度及溫度的影響

圖3-1破壞機(jī)制比較*線彈性直至屈服應(yīng)力38圖3-2材料特性----強(qiáng)度

圖3-2材料特性----強(qiáng)度39727石墨/環(huán)氧復(fù)合材料升降舵聲疲勞試驗(yàn)*測試兩個(gè)盒段-在158分貝下分別試驗(yàn)4個(gè)小時(shí)及8個(gè)小時(shí)-沒有發(fā)現(xiàn)損傷*預(yù)先施加沖擊損傷-在158分貝下試驗(yàn)4個(gè)小時(shí)-沒有發(fā)現(xiàn)損傷擴(kuò)展*聲疲勞性能大大優(yōu)于金屬注:一個(gè)普通的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生100分貝的噪聲

727石墨/環(huán)氧復(fù)合材料升降舵聲疲勞試驗(yàn)*測試兩個(gè)盒段40圖3-3復(fù)合材料的連接I圖3-3復(fù)合材料的連接I41圖3-4復(fù)合材料的連接Ⅱ圖3-4復(fù)合材料的連接Ⅱ42圖3-5機(jī)械連接緊固件圖3-5機(jī)械連接緊固件43圖3-6纖維方向要求圖3-6纖維方向要求44鋪層的原則均衡均衡的復(fù)合材料層合板是在中心平面坐標(biāo)軸的兩邊有相同數(shù)目的鋪層。例如：（+45°,0°,－45°,90°/－45°,0°,+45°,90°）是均衡層合板。二.對稱對稱是復(fù)合材料層合板即為在中軸兩邊有相同數(shù)目的鋪層，且距離中軸相同之處的鋪層的方向相同。例如：（+45°,0°,0°,90°，－45°/－45°,90°，0°,0°，+45°）是對稱層合板。

鋪層的原則均衡45圖3-7鋪層方向符號(hào)圖3-7鋪層方向符號(hào)46圖3-8拉伸與壓縮問題及解決方法圖3-8拉伸與壓縮問題及解決方法47夾層結(jié)構(gòu)有以下典型特點(diǎn)：突出的剛度和很高的比強(qiáng)度裂紋擴(kuò)展和斷裂韌性優(yōu)于單塊板比其他類型結(jié)構(gòu)抗聲疲勞能力較強(qiáng)可作為隔熱和隔音的絕緣體與其他結(jié)構(gòu)相比重量優(yōu)勢明顯承受雙軸向壓力載荷效果好缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)接頭和開口較困難夾層結(jié)構(gòu)有以下典型特點(diǎn)：突出的剛度和很高的比強(qiáng)度48圖3-9蜂窩夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-9蜂窩夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)49復(fù)合材料樹脂的固化體系

350℉的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)環(huán)境，諸如溫度和濕度有很高的抵抗能力。350℉復(fù)合材料能提供很好的機(jī)械特性，并被用于主要的受力件，如飛行控制表面。250℉復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通常被用于波音757、767和737－300/400/500飛機(jī)的前緣和后緣面板及整流片。使用250℉復(fù)合材料來修理350℉復(fù)合材料部件將需要額外的鋪層，并且只能根據(jù)SRM來進(jìn)行。200－230℉復(fù)合材料的修理作為可選擇的濕法修理鋪層方案，如在升高溫度下固化可作為永久性的修理（詳情見SRM）。復(fù)合材料樹脂的固化體系350℉的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)環(huán)境，諸如50圖3-10室溫樹脂的固化體系圖3-10室溫樹脂的固化體系51腐蝕控制

當(dāng)石墨構(gòu)件與鋁制構(gòu)件在飛機(jī)裝配中連接在一起時(shí)，就應(yīng)采取一些特殊的防腐技術(shù)。將玻璃纖維/環(huán)氧鋪層疊在石墨/環(huán)氧鋪層與鋁合金之間實(shí)行共固化，在兩個(gè)構(gòu)件間接合面上要用密封劑涂抹，所有連接件都要用密封劑涂抹。在裝配前，鋁的部件應(yīng)陽極化，上底漆和噴漆。腐蝕控制當(dāng)石墨構(gòu)件與鋁制構(gòu)件在飛機(jī)裝配中連接在一起時(shí)，52圖3-11腐蝕控制圖3-11腐蝕控制53先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用近30多年歐美民用飛機(jī)上復(fù)合材料占整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的百分比（不包括支線飛機(jī)）先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用近30多年歐美民用飛機(jī)上復(fù)合材料占54國內(nèi)飛機(jī)上的復(fù)合材料應(yīng)用情況國內(nèi)飛機(jī)上的復(fù)合材料應(yīng)用情況55國外民用飛機(jī)上的復(fù)合材料應(yīng)用情況國外民用飛機(jī)上的復(fù)合材料應(yīng)用情況56圖3－12先進(jìn)復(fù)合材料在波音737－300上的應(yīng)用圖3－12先進(jìn)復(fù)合材料在波音737－300上的應(yīng)用57圖3－13先進(jìn)復(fù)合材料在波音757上的應(yīng)用圖3－13先進(jìn)復(fù)合材料在波音757上的應(yīng)用58圖3－14先進(jìn)復(fù)合材料在波音767上的應(yīng)用圖3－14先進(jìn)復(fù)合材料在波音767上的應(yīng)用59767方向舵767方向舵60767內(nèi)裝飾應(yīng)用的復(fù)合材料767內(nèi)裝飾應(yīng)用的復(fù)合材料61B7E7“夢想”飛機(jī)上復(fù)合材料的應(yīng)用：美國波音飛機(jī)公司正在研制B7E7飛機(jī)，要大幅度減輕結(jié)構(gòu)重量，提高燃油效率20%，決定大量采用復(fù)合材料。主要應(yīng)用部位：復(fù)合材料將占全機(jī)結(jié)構(gòu)重量50%以上，故全機(jī)主要結(jié)構(gòu)均將用復(fù)合材料制成，包括機(jī)翼、機(jī)身、垂尾、平尾、發(fā)房、地板梁及部分艙門、整流罩等，這是世界上第一個(gè)采用復(fù)合材料機(jī)翼和機(jī)身的大型商用客機(jī)，其應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過B777和A380，為世界之最。波音人強(qiáng)調(diào)指出，在人類有動(dòng)力飛行進(jìn)入第二個(gè)百年之后，其如此的選材決定將使波音在先進(jìn)材料技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)世界的優(yōu)勢，“領(lǐng)跑”飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)，稱復(fù)合材料為“航空航天結(jié)構(gòu)的未來”。空客則認(rèn)為如此選材會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)身應(yīng)用會(huì)有問題，“會(huì)導(dǎo)致非優(yōu)化方案”。波音則認(rèn)為技術(shù)上不成問題，問題還在成本上。B7E7“夢想”飛機(jī)上復(fù)合材料的應(yīng)用：62波音認(rèn)為復(fù)合材料除減重外，還可提供更好的耐久性，降低使用維護(hù)要求，增加未來發(fā)展的潛力和空間。主要用材體系為T800/韌性環(huán)氧，已在B777完成驗(yàn)證和使用。所上的新技術(shù)還包括：TiGr層板，即碳纖維增強(qiáng)鈦板，一種新的超混雜復(fù)合材料，其由Ti箔加上IM6/PEEK相間制成，具有優(yōu)異的抗疲勞性能。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控技術(shù)，以光纖系統(tǒng)為傳感器，連續(xù)探測損傷，監(jiān)視結(jié)構(gòu)完整性，預(yù)報(bào)早期的結(jié)構(gòu)維護(hù)、修理的要求。波音認(rèn)為復(fù)合材料除減重外，還可提供更好的耐久性，降低使用維護(hù)63第四章加工

先進(jìn)復(fù)合材料加工的工具和技術(shù)與金屬材料加工相比有很大的不通。先進(jìn)復(fù)合材料限制加工時(shí)的溫度范圍。雖然纖維可以承受高溫，但樹脂的溫度不允許超過一定范圍，以免材料性能的破壞。第四章加工先進(jìn)復(fù)合材料加工的工具和技術(shù)與金屬材64圖4-1高壓水切割原理圖4-1高壓水切割原理65圖4-2氣動(dòng)銑圖4-2氣動(dòng)銑66圖4-3鏤銑銑頭及銑盤圖4-3鏤銑銑頭及銑盤67圖4-4馬刀鋸圖4-5手工打磨圖4-4馬刀鋸圖4-568圖4-6機(jī)械打磨圖4-7孔邊去毛刺圖4-6機(jī)械打磨圖4-7孔69圖4-8限深鉆圖4-8限深鉆70圖4-9錐形鉆頭圖4-9錐形鉆頭71裂開，不可接受可接受，合格圖4－10復(fù)合材料鉆孔示例裂開，不可接受可接受，合格圖4－1072圖4-11限制器圖4-12埋頭锪孔面

圖4-11限制器圖4-12埋頭锪孔面

73

圖4-13圖4-14

碳化物锪鉆多晶金剛石锪鉆圖4-15圖4-16

金剛砂锪鉆高速鋼锪鉆鉆頭圖4-1374圖4-17鏜刀圖4-17鏜刀75圖4-18旋轉(zhuǎn)打磨器圖4-18旋轉(zhuǎn)打磨器76

圖4-19孔鋸圖4-19孔鋸77圖4-20典型邊緣倒角圖4-20典型邊緣倒角78第五章修理的過程和典型結(jié)構(gòu)修理

表面準(zhǔn)備修理的類型修理順序流程圖修理方案選擇工程圖數(shù)據(jù)損傷區(qū)域的準(zhǔn)備維修設(shè)備真空袋鋪層程序材料350℉固化修理250℉固化修補(bǔ)典型結(jié)構(gòu)修理輕微的夾芯破壞修理雷達(dá)罩修補(bǔ)守則第五章修理的過程和典型結(jié)構(gòu)修理

表面準(zhǔn)備材料79修理的類型

復(fù)合材料部件的修理有三類：熱粘接、冷粘接和螺接。一.用緊固件連接修理（螺接修理）優(yōu)點(diǎn)：可以快速作臨時(shí)性的修理。缺點(diǎn)：有時(shí)找不到通向部件或?qū)雍习搴竺娴耐ǖ?。不能使受壓部件恢?fù)修理前的強(qiáng)度。膠接修理優(yōu)點(diǎn)：在正確的條件下，它可作為一種非?？旖莸挠谰眯孕蘩?。缺點(diǎn)：需要手頭有足夠數(shù)量的一定厚度、一定鋪層方向、一定直徑和形狀的補(bǔ)片。且不能用于大面積的修理。共固化修理優(yōu)點(diǎn)：具有恢復(fù)原有形狀及保持光滑氣動(dòng)外形的能力?？梢圆眉舫扇我獬叽纭⑷我饷善ず穸群屠w維方向。缺點(diǎn)：環(huán)氧樹脂體系需要冷藏。許多情況下固化需要熱源和壓力源。修理的類型復(fù)合材料80表面準(zhǔn)備

所有需要修理或粘接的復(fù)合材料部件都必須進(jìn)行正確的表面處理。無涂層表面：對于修理時(shí)表面沒有處理的部件，必須首先去除上面的任何殘留可剝層，然后用化學(xué)溶劑擦去污物和殘留脫模劑。溶劑擦拭：用MEK或丙酮擦拭，注意不可將溶液殘留在表面上等待揮發(fā)，這樣會(huì)在表面留下一層薄膜?？蛇\(yùn)用雙重擦拭方法，用一塊干布和一塊濕布擦拭。噴漆表面：應(yīng)該首先用洗滌劑擦洗以去除表面的污物，然后清除破損區(qū)附近的漆層，達(dá)到足以完成修理。表面準(zhǔn)備所有需要修理或粘接的復(fù)合81涂層的清除

任何類型的涂層清除工作都應(yīng)極為小心。清除涂層的方法有：打磨塑料噴丸處理表面研磨階梯打磨涂層的清除任何類型的涂層清除工作82圖5－1階梯打磨圖5－1階梯打磨83芯體準(zhǔn)備圖5－2去除損壞芯體及殘留物芯體準(zhǔn)備圖5－2去除損壞芯體及殘留物84制備蜂窩填補(bǔ)塞圖5－3蜂窩填補(bǔ)塞的配合制備蜂窩填補(bǔ)塞圖5－3蜂窩填補(bǔ)塞的配合85表5－1修理順序流程圖表5－1修理順序流程圖86表5－2修理方案選擇表5－2修理方案選擇87表5－3工程圖數(shù)據(jù)表5－3工程圖數(shù)據(jù)88圖5－4損傷區(qū)域的準(zhǔn)備圖5－4損傷區(qū)域的準(zhǔn)備89維修設(shè)備維修設(shè)備90熱補(bǔ)儀圖5－5HCS9000FLHCS9200B熱補(bǔ)儀圖5－5HCS9000FLHCS92091附件－真空泵附件－真空泵92附件二電熱毯附件二電熱毯93附件三熱電偶

附件三熱電偶94附件四真空管真空表附件四真空管真空表95圖5－5真空袋鋪設(shè)程序圖5－5真空袋鋪設(shè)程序96圖5－6真空袋步驟1圖5－6真空袋步驟197圖5－6真空袋步驟2圖5－6真空袋步驟298圖5－6真空袋步驟3圖5－6真空袋步驟399圖5－7典型復(fù)合材料修理的真空袋封裝圖5－7典型復(fù)合材料修理的真空袋封裝100圖5－8典型復(fù)合材料鋪層修理圖5－8典型復(fù)合材料鋪層修理101表5－4材料一表5－4材料一102表5－4材料二表5－4材料二103表5－4材料三表5－4材料三104表5－4材料四表5－4材料四105表5－4材料五表5－4材料五106表5－4材料六表5－4材料六107350℉固化修理

當(dāng)鋪設(shè)完畢并安裝好真空袋后，抽氣使達(dá)到22in汞柱的真空。以每分鐘1℉到5℉的速度加熱至355℉±10℉，在這個(gè)溫度下固化，將溫度保持在355℉下120+60/－0min。以最多5℉/min的速度冷卻至125℉，減壓取出零件。350℉固化修理當(dāng)鋪設(shè)完畢并安裝好真空袋108圖5－9350℉固化修理的固化周期圖5－9350℉固化修理的固化周期109先進(jìn)復(fù)合材料的250℉固化修補(bǔ)

250℉的修補(bǔ)過程與前述350℉的維修過程相同，僅用250℉固化的材料代替350℉固化材料。當(dāng)在350℉固化結(jié)構(gòu)上用250℉的固化材料進(jìn)行修理時(shí)，會(huì)降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。對于尺寸限制和修理類別限制見結(jié)構(gòu)修理手冊。該項(xiàng)結(jié)構(gòu)修理包括石墨/Kevlar或鋪層的修理。修理時(shí)使用電熱毯和預(yù)浸布或預(yù)浸帶，用真空袋在250℉下固化。這種修理時(shí)一次完成并且是永久性的，符合所有的原始設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。先進(jìn)復(fù)合材料的250℉固化修補(bǔ)250℉110250℉固化修理

與350℉固化相同，當(dāng)鋪設(shè)完畢并安裝好真空袋后，抽氣使達(dá)到22in汞柱的真空。以每分鐘2℉到8℉的速度加熱至260℉+±10℉后固化，以滯后的熱點(diǎn)偶測出的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。在260℉溫度下保持90+60/－0min。以最多5℉/min的速度冷卻至125℉，減壓取出零件。250℉固化修理與350℉固化相同，當(dāng)鋪111圖5－10250℉固化修理的固化周期圖5－10250℉固化修理的固化周期112典型結(jié)構(gòu)修理圖5－11裝飾層修理典型結(jié)構(gòu)修理圖5－11裝飾層修理113圖5－12內(nèi)部分層破壞圖5－12內(nèi)部分層破壞114圖5－13孔的分層破壞圖5－13孔的分層破壞115圖5－14邊緣分層破壞圖5－14邊緣分層破壞116圖5－15輕微鋪層損傷圖5－15輕微鋪層損傷117圖5－16蜂窩夾層板表板分層的

注射樹脂修補(bǔ)圖5－16蜂窩夾層板表板分層的

118圖5－17蜂窩夾層板的表板和零部件內(nèi)心損傷后,用填充和灌注法的修補(bǔ)圖5－17蜂窩夾層板的表板和零部件內(nèi)心損119輕微的夾芯破壞修理步驟：磨去破損區(qū)周圍至少1in范圍內(nèi)的表面污物。用吸塵器吸去粉塵，用溶劑清洗，晾干。根據(jù)制造商建議配制樹脂，加入微球狀填充物，攪拌好后填充破壞區(qū)。根據(jù)制造商維修手冊的建議，在室溫或稍高溫度下固化。修補(bǔ)完后，打磨使與原始表面一致。輕微的夾芯破壞修理步驟：磨去破損區(qū)周圍至少1in范圍內(nèi)的表面120圖5－18復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的幾種重要損傷形式圖5－18復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的幾種重要損傷形式121雷達(dá)罩修補(bǔ)守則：修補(bǔ)后雷達(dá)罩厚度需重新測量。有密度疑問的修補(bǔ)區(qū)需要重新進(jìn)行電性能檢測。對任何電子測試需有合格的測試工具。對雷達(dá)罩內(nèi)部修理區(qū)域須保留記錄圖。雷達(dá)罩須有防雨水侵蝕措施，抗熱抗靜電涂層。雷達(dá)罩蜂窩結(jié)構(gòu)是否進(jìn)水要用A8－AF濕度儀檢查。按SRM要求嚴(yán)格執(zhí)行，大修后注意電性能的測試。雷達(dá)罩修補(bǔ)守則：修補(bǔ)后雷達(dá)罩厚度需重新測量。122第六章鋁合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的膠接修理金屬膠接技術(shù)的特點(diǎn)鋁合金蜂窩結(jié)構(gòu)的修理流程預(yù)處理階段陽極化處理階段AC130具體施工步驟第六章鋁合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的膠接修理金屬膠接技術(shù)的特點(diǎn)123金屬膠接技術(shù)的特點(diǎn)

膠接連接和修補(bǔ)方法，與鉚接、螺接、焊接等傳統(tǒng)連接和修補(bǔ)方法相比，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：無應(yīng)力集中，抗疲勞性能好，在膠接結(jié)構(gòu)中，疲勞裂紋的擴(kuò)展緩慢。膠接結(jié)構(gòu)重量輕，可省去大量的鉚釘、螺栓。因?yàn)闆]有焊縫，不會(huì)起皺，表面光潔。膠接不僅提供了配合表面之間結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系，而且保證了密封。膠接劑層對振動(dòng)有阻尼作用，這就降低了噪聲載荷的聲級(jí)。膠接結(jié)構(gòu)中沒有空穴和縫隙，不存留潮氣或其他腐蝕物質(zhì)，減少了腐蝕作用。膠接工藝、設(shè)備要求比較簡單、操作容易。金屬膠接技術(shù)的特點(diǎn)膠接連接和修補(bǔ)124

膠接雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，也有局限性，主要不足之處如下：膠接的剝離強(qiáng)度較低，在使用環(huán)境下膠接劑的老化程度難于鑒定。膠接質(zhì)量因受多種因素的影響，它的無損檢驗(yàn)手段還不夠完善。膠接雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，也有局限性，主要不足之處125鋁合金蜂窩結(jié)構(gòu)的修理流程

采用膠接技術(shù)修理的關(guān)鍵是修補(bǔ)前的準(zhǔn)備工作，按SRM51－70－10進(jìn)行，對鋁及鋁合金的待修表面，在確定了損傷范圍，去除了損傷部分，進(jìn)行表面清潔以后，為使膜層與粘接劑有較高的膠接強(qiáng)度，必須在粘接部位預(yù)先進(jìn)行磷酸陽極化處理。在飛機(jī)上應(yīng)用這種傳統(tǒng)的方法處理，只能采用局部磷酸陽極化處理方法－ThePhosphoricAcidContainmentSystem(PACS)和在此基礎(chǔ)上的改進(jìn)。鋁合金蜂窩結(jié)構(gòu)的修理流程采用膠接技術(shù)修理的126

波音公司在SRM中推薦采用HeatconCompositeSystem進(jìn)行熱補(bǔ)修理，與之配套Heatcon公司還研發(fā)了一個(gè)附件，HCS2046－02PACS表處儀，為飛機(jī)鋁合金結(jié)構(gòu)粘接之前做磷酸陽極化表面處理。它包括三部分：一、控制器：控制電路、電源、陽極化電壓、顯示及真空泵；二、流速控制器：由水、酸活門以及流速計(jì)組成；三、附件包：包括盛液瓶、電線、不銹鋼絲網(wǎng)、管接頭及各種軟管。波音公司在SRM中推薦采用Heatcon127

它的基本原理是讓12％的稀磷酸H3PO4（單位面積所需磷酸量是0.01升/平方英寸），從待處理表面緩緩流過，以待修鋁合金為陽極，不銹鋼絲網(wǎng)為陰極，加以9.5－10V直流電，在21－29℃下，陽極化處理20－25分鐘。（見圖6－1）如果修理平面帶有角度不是水平面或者是下表面，這時(shí)可以增加一個(gè)真空袋裝置，保證密封，防止帶有腐蝕性的磷酸溶液流出。（見圖6－2）它的基本原理是讓12％的稀磷酸H3PO128圖6－1PACS系統(tǒng)（一個(gè)真空袋）圖6－1PACS系統(tǒng)（一個(gè)真空袋）129圖6－2PACS系統(tǒng)（兩個(gè)真空袋裝置）圖6－2PACS系統(tǒng)（兩個(gè)真空袋裝置）130具體實(shí)施步驟如下：

預(yù)處理階段：用溶劑洗凈劑去除修理區(qū)域表面的灰塵、油和污染物。用脫漆劑或機(jī)械打磨的方法除去修理區(qū)域的漆層。（注意：PACS表面處理前必須將所有漆層除盡，否則影響處理效果；不允許脫漆劑流到膠接結(jié)構(gòu)中去）使用溶劑清潔修理表面。用百潔布或等同工具打磨修理表面。（注意：用防酸膠帶防止磷酸腐蝕緊固件、蜂窩芯裂縫或其它無損區(qū)域，并作為標(biāo)志圍在修理區(qū)四周）然后做目視水膜試驗(yàn)。（注意：水膜試驗(yàn)是指用不超過100℉等同38℃的水沖洗后，表面連續(xù)的水膜保持至少30秒）檢驗(yàn)表面連續(xù)的水膜（無水珠）是否保持30秒，若不能，則重復(fù)步驟3－6，直到符合5以后。立即進(jìn)行陽極化處理。具體實(shí)施步驟如下：預(yù)處理階段：131陽極化處理階段

PACS系統(tǒng)必須正確安裝才能進(jìn)行陽極化以及安全地處理磷酸。調(diào)配磷酸。（注意：磷酸有腐蝕性。防止磷酸與皮膚、眼睛接觸，工作時(shí)帶好橡膠手套，防護(hù)面具，穿好防護(hù)服。如果不慎接觸到磷酸，迅速用大量清水沖洗，然后進(jìn)行醫(yī)療）在修理工作臺(tái)上鋪放塑料薄膜，以防止污染。按圖或進(jìn)行鋪層，PACS表處儀連接電纜。確保做陽極化地鋁部件和磷酸溶液地溫度在70－85℉（21－29℃）之間。將三通閥門打到磷酸地供應(yīng)位置，打開電源，開始進(jìn)行陽極化。當(dāng)所有地酸流過真空袋，關(guān)上磷酸供應(yīng)管，將三路閥門地凈水通路打開，沖洗表面至少5分鐘。陽極化處理階段PACS系統(tǒng)必須正確132迅速用水沖洗表面至少5分鐘。處理過地表面在室溫下充分干燥，或者可用最高160℉（71℃）將其烘干。（注意：不要用裸手觸碰干燥地陽極化表面，防止污染已陽極化地表面。）檢查處理好地金屬表面的質(zhì)量。陽極化處理后的表面，在關(guān)閉電源，拆除鋪層。熒光或日光小角度的入射下，通過旋轉(zhuǎn)90度的偏振片可以看到連續(xù)變化的光，一般呈紫、黃或綠色的彩虹般的色澤。見圖6－3。也可使用歐姆表、紅外濾光片來檢查磷酸陽極化表面的質(zhì)量。如果處理后的表面顏色劇烈變化，或有電燒蝕現(xiàn)象則陽極化處理不成功，重新進(jìn)行陽極化處理。在24小時(shí)以內(nèi)噴/刷底膠。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與修理課件133圖6－3檢查處理后金屬表面的質(zhì)量圖6－3檢查處理后金屬表面的質(zhì)量134

除了PACS和PANTA外，波音公司在2005年有關(guān)金屬結(jié)構(gòu)膠接修理的SL和以后的SRM中提出了Boegel（AC130）表面處理方法，適用于多種金屬結(jié)構(gòu)膠接修補(bǔ)預(yù)處理，能用于鋁、鈦和不銹鋼等，并且無毒，對環(huán)境沒有污染。除了PACS和PANTA外，波音公司在135圖6－3AC130套包圖6－3AC130套包136Boegel（AC130）具體步驟：用MPK（甲基丙基甲酮）或丙酮清潔表面。用百潔布或180＃砂紙（或更細(xì)的砂紙）打磨表面。用干燥空氣或氮?dú)獬シ蹓m。用MPK或丙酮清潔表面。按制造商使用手冊的建議混合調(diào)配材料。用50ml的AC130溶液可以處理200平方英寸（1300平方厘米）的待修區(qū)域，可按此比例計(jì)算溶液量。（注意：調(diào)配好的溶液30分鐘后才能發(fā)揮作用，有效期10小時(shí)）用隨機(jī)軌跡砂磨器或靠模打磨器進(jìn)行打磨，采用180＃鋁砂紙，按某一方向打磨表面，每30秒換砂紙，并按與原來方向垂直的方向打磨表面。（注意：此步驟是為了除去金屬表面的氧化層）Boegel（AC130）具體步驟：用MPK（甲基丙基甲酮）137確保修理表面以及邊緣均打磨干凈后，換上砂紙，按任意方向打磨整個(gè)表面。做目視檢查，檢查表面是否完全打磨干凈。達(dá)不到時(shí)重新打磨。用吸塵器除去粉塵，保持表面清潔。在打磨完30分鐘內(nèi)涂上AC130溶液。（注意：30分鐘后表面又將會(huì)氧化）用鋁箔帶、固態(tài)FEP（氟化乙丙烯即橡膠）或其它合適材料圍在損傷周圍，將機(jī)械緊固件及其它區(qū)域隔離開，防止污染。確保AC130及待修件表面溫度在50－100℉（10－38℃）之間。用干凈、非金屬的毛刷或噴霧器將溶液噴到膠接表面。保證表面完全浸透在溶液中至少2分鐘。確保修理表面以及邊緣均打磨干凈后，換上砂紙，按任意方向打磨整138檢查濕潤表面是否與水膜實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，即表面連續(xù)的溶液薄膜保持至少30秒鐘。如不能，則重新進(jìn)行清潔、打磨、處理等步驟。如果檢查通過，則排出剩余溶液。如果縫隙等地方還有少量溶液，可用過濾過的干燥空氣吹干，或用浸有AC130溶液的粗棉布吸去。在室溫下干燥表面至少60分鐘，或用不超過160℉（71℃）高溫干燥。檢查處理好的表面是否干燥，有無灰塵、指印或其他污物。用吸塵器除去灰塵。如果表面還有其他無法用吸塵器除去的污物，則重新進(jìn)行清潔打磨實(shí)施AC130的步驟。如果不立即噴涂底膠，可用真空袋薄膜或不上蠟的紙保護(hù)待膠接表面。在使用AC130溶液24小時(shí)內(nèi)，噴涂BMS5－89，TypeⅡ底膠。檢查濕潤表面是否與水膜實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，即表面連續(xù)的溶液薄膜保持139圖6－4蜂窩芯結(jié)構(gòu)進(jìn)水腐蝕后實(shí)例圖6－4蜂窩芯結(jié)構(gòu)進(jìn)水腐蝕后實(shí)例140第七章檢測先進(jìn)復(fù)合材料飛機(jī)構(gòu)件可分為三類：關(guān)鍵部件：如果嚴(yán)重破壞，將會(huì)造成飛機(jī)失事。主要部件：如果受損，將嚴(yán)重干擾飛機(jī)的操縱。次要部件：如果受損，不會(huì)干擾飛機(jī)的正常操縱。第七章檢測先進(jìn)復(fù)合材料飛機(jī)構(gòu)件可分為三類141檢測分三類：1.運(yùn)行中的檢查：這種檢查是根據(jù)構(gòu)件制造 商編寫的規(guī)范進(jìn)行，檢查過程和規(guī)范可在飛機(jī)維護(hù)手冊上找到。2.損傷后檢測：損傷后檢測可以使用多種檢測手段。必須估算出損傷面積的大小和范圍。構(gòu)件的類型、所使用的材料、構(gòu)件的型式將決定所需的檢測類型。3.修理后的檢測：構(gòu)件修理后的檢測，目的是用于評(píng)估修理后飛機(jī)的適航性。檢測分三類：1.運(yùn)行中的檢查：這種檢查是根據(jù)構(gòu)件制造 商142復(fù)合材料的維護(hù)檢查

目視是損傷檢測的基本方法。在維護(hù)和瀏覽檢查時(shí)仔細(xì)觀察將有助于盡早發(fā)現(xiàn)不適于飛行的一些損傷。這包括撞傷、鋪層的分層、脫膠、裂縫、孔邊損傷、蜂窩芯進(jìn)水、雷擊損傷、燒蝕和過熱損傷。嚴(yán)密的目測和無損探傷（NDI）用于粗檢后作進(jìn)一步的檢查。NDI的方法用于對目測到的損傷的擴(kuò)展情況進(jìn)行檢查。它也用于檢測目檢法難于看到的損傷即進(jìn)行修理后的檢查。復(fù)合材料的維護(hù)檢查目視是損傷檢測的基本方143目視檢測的工具

盡管如今已有很多先進(jìn)的檢測設(shè)備，目視檢查仍然是最基本的損傷檢測法。電筒、放大鏡（10－20倍）、鏡子和探測鏡都是現(xiàn)代飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)檢測的好幫手。它們可以用來放大那些難以直接看出的損傷和幫助工作人員對那些可達(dá)性較差的部位進(jìn)行目檢。目視檢測的工具盡管如今已有很多先進(jìn)的檢測144圖7－1目視檢測圖7－1目視檢測145

圖7－2各種能量下的沖擊損傷模式

(a)高能量沖擊損傷(b)中等能量沖擊損傷

(c)低等能量沖擊損傷圖7－2各種能量下的沖擊損傷模式

(a)高146圖7－3Cointaptest視檢與敲擊最小檢查區(qū)域(1為可視損傷區(qū)域的最長軸測量的長度)圖7－3Cointaptest視檢與敲擊最小檢查區(qū)147圖7－4圍繞可見沖擊損傷區(qū)的

敲擊試驗(yàn)?zāi)Ｊ綀D7－4圍繞可見沖擊損傷區(qū)的

敲擊試驗(yàn)?zāi)Ｊ?48其他的檢測方法：X光熱譜圖超聲波脈沖/反射檢測穿越超聲波檢測法（TTU）超聲波介電固化監(jiān)視儀其他的檢測方法：X光149波音飛機(jī)

復(fù)合材料修理波音飛機(jī)

復(fù)合材料修理150目錄第一章復(fù)合材料簡介第二章施工安全和材料的管理第三章飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四章加工第五章修理的過程和典型結(jié)構(gòu)修理第六章鋁合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的膠接修理第七章檢測目錄第一章復(fù)合材料簡介151第一章復(fù)合材料的簡介復(fù)合材料的定義材料的形式纖維增強(qiáng)材料織物基體和環(huán)氧樹脂體系粘接劑蜂窩及蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)第一章復(fù)合材料的簡介復(fù)合材料的定義152定義

由兩種或兩種以上的材料組合而成的材料稱之為復(fù)合材料。復(fù)合材料的范圍包括玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料、金屬基、陶瓷基復(fù)合材料。教程中所涉及的復(fù)合材料是基于用一種或數(shù)種纖維排列鑲嵌在某些形式的聚合物樹脂（基體）中。定義由兩種或兩種以上的材料組合而153一般簡介圖1-1復(fù)合材料的組成一般簡介圖1-1復(fù)合材料的組成154材料的形式長絲長絲又叫長纖維，是一根根的連續(xù)纖維，除了在幾何不連續(xù)處以外，在一個(gè)構(gòu)件中通常沒有長絲的端頭。單向帶單向帶是由紗在樹脂基體中沿著單一方向排列而成3.織物由紗、纖維或長絲織成的材料。材料的形式長絲155纖維增強(qiáng)材料玻璃纖維Kevlar纖維－－芳綸纖維碳/石墨硼纖維陶瓷纖維纖維增強(qiáng)材料玻璃纖維156圖1-2纖維增強(qiáng)材料的形式圖1-2纖維增強(qiáng)材料的形式157圖1-3布邊圖1-3布邊158圖1-4經(jīng)紗的方向圖1-4經(jīng)紗的方向159圖1-5石墨纖維生產(chǎn)工序圖1-5石墨纖維生產(chǎn)工序160圖1-6石墨纖維的代碼圖1-6石墨纖維的代碼161織物的優(yōu)點(diǎn)比帶抵抗纖維斷裂和層間分離能力強(qiáng)損傷容限高，對“固化皺損”要求低，對于修理工作比帶好編織中減少了絲束分離抗疲勞損傷織物的優(yōu)點(diǎn)比帶抵抗纖維斷裂和層間分離能力強(qiáng)162圖1-7織布圖案圖1-7織布圖案163圖1-8預(yù)浸帶材料圖1-8預(yù)浸帶材料164圖1-9預(yù)浸布圖1-9預(yù)浸布165基體和環(huán)氧樹脂體系

基體是一種將復(fù)合材料中的纖維或長纖維粘接在一起的均勻材料。

環(huán)氧樹脂由兩部分組成：樹脂和催化劑（或稱固化劑）?；w和環(huán)氧樹脂體系基體是一種將復(fù)合材料中166

*富脂:易產(chǎn)生裂紋

*貧脂:由于有空隙而較弱

*固化溫度:是敏感的

+環(huán)氧:室溫至350℉

(177℃)

+聚酯：室溫至250℉

(121℃)

+聚酰亞胺:500℉及600℉(260℃-316℃)

*熱固性:基體的化學(xué)反應(yīng)

*熱塑性:無化學(xué)反應(yīng)

在600℉及700℉融化(316℃-371℃)

圖1-10樹脂體系*富脂:易產(chǎn)生裂紋

*貧脂:由于有空隙而較弱

*固化167粘接劑膠膜是涂在一層支持薄膜上的粘接劑糊狀粘接劑由兩種組分混合泡沫粘接劑是含泡沫劑的環(huán)氧樹脂體系填充劑是在混合后的樹脂中加入材料，類型分為：短纖維、碎纖維、硅粉添加劑、微珠粘接劑膠膜是涂在一層支持薄膜上的粘接劑168蜂窩及蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)

蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的特性：蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)有比常規(guī)金屬結(jié)構(gòu)更高的比強(qiáng)度蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)具有更高的抗彎強(qiáng)度具有更高的結(jié)構(gòu)阻尼、較高的吸音和耐聲振疲勞的性能具有隔熱性能，并具有光滑的氣動(dòng)外形蜂窩及蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的特性：169圖1-11蜂窩的拉伸過程圖1-11蜂窩的拉伸過程170圖1-12蜂窩夾層結(jié)構(gòu)圖1-12蜂窩夾層結(jié)構(gòu)171圖1-13芯格的形狀圖1-13芯格的形狀172第二章施工安全和材料的管理施工過程中，需要佩戴好必要的勞動(dòng)防護(hù)用品，化工品必須嚴(yán)格按照說明書來進(jìn)行儲(chǔ)藏和使用。第一部分施工安全第二部分材料的管理第二章施工安全和材料的管理施工過程中，173圖2－1皮膚防護(hù)和安全眼鏡施工安全圖2－1皮膚防護(hù)和安全眼鏡施工安全174圖2-2呼吸器官的防護(hù)圖2-2呼吸器官的防護(hù)175鋪設(shè)區(qū)

鋪設(shè)區(qū)必須避開灰塵、水汽、油霧、逸出的火焰及其他對粘接不利的材料。需注意鋪設(shè)區(qū)的潔凈。建議：鋪設(shè)區(qū)最好不要與切割、打磨、鉆孔在同一個(gè)工作間內(nèi)進(jìn)行。鋪設(shè)區(qū)鋪設(shè)區(qū)必須避開灰塵、水汽、油霧、逸176圖2－3正確與不正確的工作環(huán)境對比圖2－3正確與不正確的工作環(huán)境對比177材料管理存貯期通常情況下，粘接劑、樹脂和預(yù)浸料應(yīng)在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)存貯。材料的存貯期是指從制造完成到它不再為飛機(jī)安全使用的壽命或時(shí)間。材料的存貯期可以通過存貯在10℉以下或按照制造商所特別要求的溫度而延長。材料管理存貯期178外露時(shí)間外露時(shí)間是指一卷給定的材料處于室溫條件下的所有累積小時(shí)數(shù)。外露時(shí)間從材料離開冰箱開始算起，總的外露時(shí)間不能超過制造商的規(guī)定。外露時(shí)間179圖2-4封裝包裹圖2-4封裝包裹180樹脂系統(tǒng)的比例配制指南保持臺(tái)秤的平臺(tái)和秤盤的清潔，稱重時(shí)應(yīng)涂上脫模劑以免被樹脂站住扣除刻度的非零點(diǎn)部分以補(bǔ)償混合容器的重量比例應(yīng)該在所用秤的刻度范圍之內(nèi)（不能猜測中間的刻度），秤應(yīng)能精確到1/10g，避免小量調(diào)制。不要將秤從它本來的位置移走，因?yàn)樘炱接幸欢ǖ乃揭蟆１苊獠灰獾耐鈦碛绊?。不要超出量程。稱重時(shí)不要試圖對秤做任何調(diào)整。樹脂系統(tǒng)的比例配制指南保持臺(tái)秤的平臺(tái)和秤盤的清潔，稱重時(shí)應(yīng)涂181圖2-5隔柵式和秤圖2-5隔柵式和秤182第三章飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)合材料的特性材料密度失效特性材料強(qiáng)度抗疲勞性復(fù)合材料的連接緊固件鋪層的原則夾層結(jié)構(gòu)典型特點(diǎn)樹脂的固化體系腐蝕控制先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用第三章飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)合材料的特性夾層結(jié)構(gòu)典型183復(fù)合材料的特性比強(qiáng)度和比模量高具有可設(shè)計(jì)性抗疲勞性能好減振性能好高溫性能好破損安全性好具有脆性材料的特性復(fù)合材料的特性比強(qiáng)度和比模量高184表3－1材料特性－－密度表3－1材料特性－－密度185表3—2減重比較表表3—2減重比較表186

*線彈性直至屈服應(yīng)力*線彈笥直至極限應(yīng)力

*塑性極限破壞*脆壞或突然破壞

*允許應(yīng)力極限由屈服點(diǎn)決定*受到濕度及溫度的影響

圖3-1破壞機(jī)制比較*線彈性直至屈服應(yīng)力187圖3-2材料特性----強(qiáng)度

圖3-2材料特性----強(qiáng)度188727石墨/環(huán)氧復(fù)合材料升降舵聲疲勞試驗(yàn)*測試兩個(gè)盒段-在158分貝下分別試驗(yàn)4個(gè)小時(shí)及8個(gè)小時(shí)-沒有發(fā)現(xiàn)損傷*預(yù)先施加沖擊損傷-在158分貝下試驗(yàn)4個(gè)小時(shí)-沒有發(fā)現(xiàn)損傷擴(kuò)展*聲疲勞性能大大優(yōu)于金屬注:一個(gè)普通的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生100分貝的噪聲

727石墨/環(huán)氧復(fù)合材料升降舵聲疲勞試驗(yàn)*測試兩個(gè)盒段189圖3-3復(fù)合材料的連接I圖3-3復(fù)合材料的連接I190圖3-4復(fù)合材料的連接Ⅱ圖3-4復(fù)合材料的連接Ⅱ191圖3-5機(jī)械連接緊固件圖3-5機(jī)械連接緊固件192圖3-6纖維方向要求圖3-6纖維方向要求193鋪層的原則均衡均衡的復(fù)合材料層合板是在中心平面坐標(biāo)軸的兩邊有相同數(shù)目的鋪層。例如：（+45°,0°,－45°,90°/－45°,0°,+45°,90°）是均衡層合板。二.對稱對稱是復(fù)合材料層合板即為在中軸兩邊有相同數(shù)目的鋪層，且距離中軸相同之處的鋪層的方向相同。例如：（+45°,0°,0°,90°，－45°/－45°,90°，0°,0°，+45°）是對稱層合板。

鋪層的原則均衡194圖3-7鋪層方向符號(hào)圖3-7鋪層方向符號(hào)195圖3-8拉伸與壓縮問題及解決方法圖3-8拉伸與壓縮問題及解決方法196夾層結(jié)構(gòu)有以下典型特點(diǎn)：突出的剛度和很高的比強(qiáng)度裂紋擴(kuò)展和斷裂韌性優(yōu)于單塊板比其他類型結(jié)構(gòu)抗聲疲勞能力較強(qiáng)可作為隔熱和隔音的絕緣體與其他結(jié)構(gòu)相比重量優(yōu)勢明顯承受雙軸向壓力載荷效果好缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)接頭和開口較困難夾層結(jié)構(gòu)有以下典型特點(diǎn)：突出的剛度和很高的比強(qiáng)度197圖3-9蜂窩夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-9蜂窩夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)198復(fù)合材料樹脂的固化體系

350℉的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)環(huán)境，諸如溫度和濕度有很高的抵抗能力。350℉復(fù)合材料能提供很好的機(jī)械特性，并被用于主要的受力件，如飛行控制表面。250℉復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通常被用于波音757、767和737－300/400/500飛機(jī)的前緣和后緣面板及整流片。使用250℉復(fù)合材料來修理350℉復(fù)合材料部件將需要額外的鋪層，并且只能根據(jù)SRM來進(jìn)行。200－230℉復(fù)合材料的修理作為可選擇的濕法修理鋪層方案，如在升高溫度下固化可作為永久性的修理（詳情見SRM）。復(fù)合材料樹脂的固化體系350℉的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)環(huán)境，諸如199圖3-10室溫樹脂的固化體系圖3-10室溫樹脂的固化體系200腐蝕控制

當(dāng)石墨構(gòu)件與鋁制構(gòu)件在飛機(jī)裝配中連接在一起時(shí)，就應(yīng)采取一些特殊的防腐技術(shù)。將玻璃纖維/環(huán)氧鋪層疊在石墨/環(huán)氧鋪層與鋁合金之間實(shí)行共固化，在兩個(gè)構(gòu)件間接合面上要用密封劑涂抹，所有連接件都要用密封劑涂抹。在裝配前，鋁的部件應(yīng)陽極化，上底漆和噴漆。腐蝕控制當(dāng)石墨構(gòu)件與鋁制構(gòu)件在飛機(jī)裝配中連接在一起時(shí)，201圖3-11腐蝕控制圖3-11腐蝕控制202先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用近30多年歐美民用飛機(jī)上復(fù)合材料占整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的百分比（不包括支線飛機(jī)）先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用近30多年歐美民用飛機(jī)上復(fù)合材料占203國內(nèi)飛機(jī)上的復(fù)合材料應(yīng)用情況國內(nèi)飛機(jī)上的復(fù)合材料應(yīng)用情況204國外民用飛機(jī)上的復(fù)合材料應(yīng)用情況國外民用飛機(jī)上的復(fù)合材料應(yīng)用情況205圖3－12先進(jìn)復(fù)合材料在波音737－300上的應(yīng)用圖3－12先進(jìn)復(fù)合材料在波音737－300上的應(yīng)用206圖3－13先進(jìn)復(fù)合材料在波音757上的應(yīng)用圖3－13先進(jìn)復(fù)合材料在波音757上的應(yīng)用207圖3－14先進(jìn)復(fù)合材料在波音767上的應(yīng)用圖3－14先進(jìn)復(fù)合材料在波音767上的應(yīng)用208767方向舵767方向舵209767內(nèi)裝飾應(yīng)用的復(fù)合材料767內(nèi)裝飾應(yīng)用的復(fù)合材料210B7E7“夢想”飛機(jī)上復(fù)合材料的應(yīng)用：美國波音飛機(jī)公司正在研制B7E7飛機(jī)，要大幅度減輕結(jié)構(gòu)重量，提高燃油效率20%，決定大量采用復(fù)合材料。主要應(yīng)用部位：復(fù)合材料將占全機(jī)結(jié)構(gòu)重量50%以上，故全機(jī)主要結(jié)構(gòu)均將用復(fù)合材料制成，包括機(jī)翼、機(jī)身、垂尾、平尾、發(fā)房、地板梁及部分艙門、整流罩等，這是世界上第一個(gè)采用復(fù)合材料機(jī)翼和機(jī)身的大型商用客機(jī)，其應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過B777和A380，為世界之最。波音人強(qiáng)調(diào)指出，在人類有動(dòng)力飛行進(jìn)入第二個(gè)百年之后，其如此的選材決定將使波音在先進(jìn)材料技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)世界的優(yōu)勢，“領(lǐng)跑”飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)，稱復(fù)合材料為“航空航天結(jié)構(gòu)的未來”?？湛蛣t認(rèn)為如此選材會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)身應(yīng)用會(huì)有問題，“會(huì)導(dǎo)致非優(yōu)化方案”。波音則認(rèn)為技術(shù)上不成問題，問題還在成本上。B7E7“夢想”飛機(jī)上復(fù)合材料的應(yīng)用：211波音認(rèn)為復(fù)合材料除減重外，還可提供更好的耐久性，降低使用維護(hù)要求，增加未來發(fā)展的潛力和空間。主要用材體系為T800/韌性環(huán)氧，已在B777完成驗(yàn)證和使用。所上的新技術(shù)還包括：TiGr層板，即碳纖維增強(qiáng)鈦板，一種新的超混雜復(fù)合材料，其由Ti箔加上IM6/PEEK相間制成，具有優(yōu)異的抗疲勞性能。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控技術(shù)，以光纖系統(tǒng)為傳感器，連續(xù)探測損傷，監(jiān)視結(jié)構(gòu)完整性，預(yù)報(bào)早期的結(jié)構(gòu)維護(hù)、修理的要求。波音認(rèn)為復(fù)合材料除減重外，還可提供更好的耐久性，降低使用維護(hù)212第四章加工

先進(jìn)復(fù)合材料加工的工具和技術(shù)與金屬材料加工相比有很大的不通。先進(jìn)復(fù)合材料限制加工時(shí)的溫度范圍。雖然纖維可以承受高溫，但樹脂的溫度不允許超過一定范圍，以免材料性能的破壞。第四章加工先進(jìn)復(fù)合材料加工的工具和技術(shù)與金屬材213圖4-1高壓水切割原理圖4-1高壓水切割原理214圖4-2氣動(dòng)銑圖4-2氣動(dòng)銑215圖4-3鏤銑銑頭及銑盤圖4-3鏤銑銑頭及銑盤216圖4-4馬刀鋸圖4-5手工打磨圖4-4馬刀鋸圖4-5217圖4-6機(jī)械打磨圖4-7孔邊去毛刺圖4-6機(jī)械打磨圖4-7孔218圖4-8限深鉆圖4-8限深鉆219圖4-9錐形鉆頭圖4-9錐形鉆頭220裂開，不可接受可接受，合格圖4－10復(fù)合材料鉆孔示例裂開，不可接受可接受，合格圖4－10221圖4-11限制器圖4-12埋頭锪孔面

圖4-11限制器圖4-12埋頭锪孔面

222

圖4-13圖4-14

碳化物锪鉆多晶金剛石锪鉆圖4-15圖4-16

金剛砂锪鉆高速鋼锪鉆鉆頭圖4-13223圖4-17鏜刀圖4-17鏜刀224圖4-18旋轉(zhuǎn)打磨器圖4-18旋轉(zhuǎn)打磨器225

圖4-19孔鋸圖4-19孔鋸226圖4-20典型邊緣倒角圖4-20典型邊緣倒角227第五章修理的過程和典型結(jié)構(gòu)修理

表面準(zhǔn)備修理的類型修理順序流程圖修理方案選擇工程圖數(shù)據(jù)損傷區(qū)域的準(zhǔn)備維修設(shè)備真空袋鋪層程序材料350℉固化修理250℉固化修補(bǔ)典型結(jié)構(gòu)修理輕微的夾芯破壞修理雷達(dá)罩修補(bǔ)守則第五章修理的過程和典型結(jié)構(gòu)修理

表面準(zhǔn)備材料228修理的類型

復(fù)合材料部件的修理有三類：熱粘接、冷粘接和螺接。一.用緊固件連接修理（螺接修理）優(yōu)點(diǎn)：可以快速作臨時(shí)性的修理。缺點(diǎn)：有時(shí)找不到通向部件或?qū)雍习搴竺娴耐ǖ?。不能使受壓部件恢?fù)修理前的強(qiáng)度。膠接修理優(yōu)點(diǎn)：在正確的條件下，它可作為一種非?？旖莸挠谰眯孕蘩?。缺點(diǎn)：需要手頭有足夠數(shù)量的一定厚度、一定鋪層方向、一定直徑和形狀的補(bǔ)片。且不能用于大面積的修理。共固化修理優(yōu)點(diǎn)：具有恢復(fù)原有形狀及保持光滑氣動(dòng)外形的能力?？梢圆眉舫扇我獬叽?、任意蒙皮厚度和纖維方向。缺點(diǎn)：環(huán)氧樹脂體系需要冷藏。許多情況下固化需要熱源和壓力源。修理的類型復(fù)合材料229表面準(zhǔn)備

所有需要修理或粘接的復(fù)合材料部件都必須進(jìn)行正確的表面處理。無涂層表面：對于修理時(shí)表面沒有處理的部件，必須首先去除上面的任何殘留可剝層，然后用化學(xué)溶劑擦去污物和殘留脫模劑。溶劑擦拭：用MEK或丙酮擦拭，注意不可將溶液殘留在表面上等待揮發(fā)，這樣會(huì)在表面留下一層薄膜。可運(yùn)用雙重擦拭方法，用一塊干布和一塊濕布擦拭。噴漆表面：應(yīng)該首先用洗滌劑擦洗以去除表面的污物，然后清除破損區(qū)附近的漆層，達(dá)到足以完成修理。表面準(zhǔn)備所有需要修理或粘接的復(fù)合230涂層的清除

任何類型的涂層清除工作都應(yīng)極為小心。清除涂層的方法有：打磨塑料噴丸處理表面研磨階梯打磨涂層的清除任何類型的涂層清除工作231圖5－1階梯打磨圖5－1階梯打磨232芯體準(zhǔn)備圖5－2去除損壞芯體及殘留物芯體準(zhǔn)備圖5－2去除損壞芯體及殘留物233制備蜂窩填補(bǔ)塞圖5－3蜂窩填補(bǔ)塞的配合制備蜂窩填補(bǔ)塞圖5－3蜂窩填補(bǔ)塞的配合234表5－1修理順序流程圖表5－1修理順序流程圖235表5－2修理方案選擇表5－2修理方案選擇236表5－3工程圖數(shù)據(jù)表5－3工程圖數(shù)據(jù)237圖5－4損傷區(qū)域的準(zhǔn)備圖5－4損傷區(qū)域的準(zhǔn)備238維修設(shè)備維修設(shè)備239熱補(bǔ)儀圖5－5HCS9000FLHCS9200B熱補(bǔ)儀圖5－5HCS9000FLHCS920240附件－真空泵附件－真空泵241附件二電熱毯附件二電熱毯242附件三熱電偶

附件三熱電偶243附件四真空管真空表附件四真空管真空表244圖5－5真空袋鋪設(shè)程序圖5－5真空袋鋪設(shè)程序245圖5－6真空袋步驟1圖5－6真空袋步驟1246圖5－6真空袋步驟2圖5－6真空袋步驟2247圖5－6真空袋步驟3圖5－6真空袋步驟3248圖5－7典型復(fù)合材料修理的真空袋封裝圖5－7典型復(fù)合材料修理的真空袋封裝249圖5－8典型復(fù)合材料鋪層修理圖5－8典型復(fù)合材料鋪層修理250表5－4材料一表5－4材料一251表5－4材料二表5－4材料二252表5－4材料三表5－4材料三253表5－4材料四表5－4材料四254表5－4材料五表5－4材料五255表5－4材料六表5－4材料六256350℉固化修理

當(dāng)鋪設(shè)完畢并安裝好真空袋后，抽氣使達(dá)到22in汞柱的真空。以每分鐘1℉到5℉的速度加熱至355℉±10℉，在這個(gè)溫度下固化，將溫度保持在355℉下120+60/－0min。以最多5℉/min的速度冷卻至125℉，減壓取出零件。350℉固化修理當(dāng)鋪設(shè)完畢并安裝好真空袋257圖5－9350℉固化修理的固化周期圖5－9350℉固化修理的固化周期258先進(jìn)復(fù)合材料的250℉固化修補(bǔ)

250℉的修補(bǔ)過程與前述350℉的維修過程相同，僅用250℉固化的材料代替350℉固化材料。當(dāng)在350℉固化結(jié)構(gòu)上用250℉的固化材料進(jìn)行修理時(shí)，會(huì)降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。對于尺寸限制和修理類別限制見結(jié)構(gòu)修理手冊。該項(xiàng)結(jié)構(gòu)修理包括石墨/Kevlar或鋪層的修理。修理時(shí)使用電熱毯和預(yù)浸布或預(yù)浸帶，用真空袋在250℉下固化。這種修理時(shí)一次完成并且是永久性的，符合所有的原始設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。先進(jìn)復(fù)合材料的250℉固化修補(bǔ)250℉259250℉固化修理

與350℉固化相同，當(dāng)鋪設(shè)完畢并安裝好真空袋后，抽氣使達(dá)到22in汞柱的真空。以每分鐘2℉到8℉的速度加熱至260℉+±10℉后固化，以滯后的熱點(diǎn)偶測出的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。在260℉溫度下保持90+60/－0min。以最多5℉/min的速度冷卻至125℉，減壓取出零件。250℉固化修理與350℉固化相同，當(dāng)鋪260圖5－10250℉固化修理的固化周期圖5－10250℉固化修理的固化周期261典型結(jié)構(gòu)修理圖5－11裝飾層修理典型結(jié)構(gòu)修理圖5－11裝飾層修理262圖5－12內(nèi)部分層破壞圖5－12內(nèi)部分層破壞263圖5－13孔的分層破壞圖5－13孔的分層破壞264圖5－14邊緣分層破壞圖5－14邊緣分層破壞265圖5－15輕微鋪層損傷圖5－15輕微鋪層損傷266圖5－16蜂窩夾層板表板分層的

注射樹脂修補(bǔ)圖5－16蜂窩夾層板表板分層的

267圖5－17蜂窩夾層板的表板和零部件內(nèi)心損傷后,用填充和灌注法的修補(bǔ)圖5－17蜂窩夾層板的表板和零部件內(nèi)心損268輕微的夾芯破壞修理步驟：磨去破損區(qū)周圍至少1in范圍內(nèi)的表面污物。用吸塵器吸去粉塵，用溶劑清洗，晾干。根據(jù)制造商建議配制樹脂，加入微球狀填充物，攪拌好后填充破壞區(qū)。根據(jù)制造商維修手冊的建議，在室溫或稍高溫度下固化。修補(bǔ)完后，打磨使與原始表面一致。輕微的夾芯破壞修理步驟：磨去破損區(qū)周圍至少1in范圍內(nèi)的表面269圖5－18復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的幾種重要損傷形式圖5－18復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的幾種重要損傷形式270雷達(dá)罩修補(bǔ)守則：修補(bǔ)后雷達(dá)罩厚度需重新測量。有密度疑問的修補(bǔ)區(qū)需要重新進(jìn)行電性能檢測。對任何電子測試需有合格的測試工具。對雷達(dá)罩內(nèi)部修理區(qū)域須保留記錄圖。雷達(dá)罩須有防雨水侵蝕措施，抗熱抗靜電涂層。雷達(dá)罩蜂窩結(jié)構(gòu)是否進(jìn)水要用A8－AF濕度儀檢查。按SRM要求嚴(yán)格執(zhí)行，大修后注意電性能的測試。雷達(dá)罩修補(bǔ)守則：修補(bǔ)后雷達(dá)罩厚度需重新測量。271第六章鋁合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的膠接修理金屬膠接技術(shù)的特點(diǎn)鋁合金蜂窩結(jié)構(gòu)的修理流程預(yù)處理階段陽極化處理階段AC130具體施工步驟第六章鋁合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的膠接修理金屬膠接技術(shù)的特點(diǎn)272金屬膠接技術(shù)的特點(diǎn)

膠接連接和修補(bǔ)方法，與鉚接、螺接、焊接等傳統(tǒng)連接和修補(bǔ)方法相比，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：無應(yīng)力集中，抗疲勞性能好，在膠接結(jié)構(gòu)中，疲勞裂紋的擴(kuò)展緩慢。膠接結(jié)構(gòu)重量輕，可省去大量的鉚釘、螺栓。因?yàn)闆]有焊縫，不會(huì)起皺，表面光潔。膠接不僅提供了配合表面之間結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系，而且保證了密封。膠接劑層對振動(dòng)有阻尼作用，這就降低了噪聲載荷的聲級(jí)。膠接結(jié)構(gòu)中沒有空穴和縫隙，不存留潮氣或其他腐蝕物質(zhì)，減少了腐蝕作用。膠接工藝、設(shè)備要求比較簡單、操作容易。金屬膠接技術(shù)的特點(diǎn)膠接連接和修補(bǔ)273

膠接雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，也有局限性，主要不足之處如下：膠接的剝離強(qiáng)度較低，在使用環(huán)境下膠接劑的老化程度難于鑒定。膠接質(zhì)量因受多種因素的影響，它的無損檢驗(yàn)手段還不夠完善。膠接雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，也有局限性，主要不足之處274鋁合金蜂窩結(jié)構(gòu)的修理流程

采用膠接技術(shù)修理的關(guān)鍵是修補(bǔ)前的準(zhǔn)備工作，按SRM51－70－10進(jìn)行，對鋁及鋁合金的待修表面，在確定了損傷范圍，去除了損傷部分，進(jìn)行表面清潔以后，為使膜層與粘接劑有較高的膠接強(qiáng)度，必須在粘接部位預(yù)先進(jìn)行磷酸陽極化處理。在飛機(jī)上應(yīng)用這種傳統(tǒng)的方法處理，只能采用局部磷酸陽極化處理方法－ThePhosphoricAcidContainmentSystem(PACS)和在此基礎(chǔ)上的改進(jìn)。鋁合金蜂窩結(jié)構(gòu)的修理流程采用膠接技術(shù)修理的275

波音公司在SRM中推薦采用HeatconCompositeSystem進(jìn)行熱補(bǔ)修理，與之配套Heatcon公司還研發(fā)了一個(gè)附件，HCS2046－02PACS表處儀，為飛機(jī)鋁合金結(jié)構(gòu)粘接之前做磷酸陽極化表面處理。它包括三部分：一、控制器：控制電路、電源、陽極化電壓、顯示及真空泵；二、流速控制器：由水、酸活門以及流速計(jì)組成；三、附件包：包括盛液瓶、電線、不銹鋼絲網(wǎng)、管接頭及各種軟管。波音公司在SRM中推薦采用Heatcon276

它的基本原理是讓12％的稀磷酸H3PO4（單位面積所需磷酸量是0.01升/平方英寸），從待處理表面緩緩流過，以待修鋁合金為陽極，不銹鋼絲網(wǎng)為陰極，加以9.5－10V直流電，在21－29℃下，陽極化處理20－25分鐘。（見圖6－1）如果修理平面帶有角度不是水平面或者是下表面，這時(shí)可以增加一個(gè)真空袋裝置，保證密封，防止帶有腐蝕性的磷酸溶液流出。（見圖6－2）它的基本原理是讓12％的稀磷酸H3PO277圖6－1PACS系統(tǒng)（一個(gè)真空袋）圖6－1PACS系統(tǒng)（一個(gè)真空袋）278圖6－2PACS系統(tǒng)（兩個(gè)真空袋裝置）圖6－2PACS系統(tǒng)（兩個(gè)真空袋裝置）279具體實(shí)施步驟如下：

預(yù)處理階段：用溶劑洗凈劑去除修理區(qū)域表面的灰塵、油和污染物。用脫漆劑或機(jī)械打磨的方法除去修理區(qū)域的漆層。（注意：PACS表面處理前必須將所有漆層除盡，否則影響處理效果；不允許脫漆劑流到膠接結(jié)構(gòu)中去）使用溶劑清潔修理表面。用百潔布或等同工具打磨修理表面。（注意：用防酸膠帶防止磷酸腐蝕緊固件、蜂窩芯裂縫或其它無損區(qū)域，并作為標(biāo)志圍在修理區(qū)四周）然后做目視水膜試驗(yàn)。（注意：水膜試驗(yàn)是指用不超過100℉等同38℃的水沖洗后，表面連續(xù)的水膜保持至少30秒）檢驗(yàn)表面連續(xù)的水膜（無水珠）是否保持30秒，若不能，則重復(fù)步驟3－6，直到符合5以后。立即進(jìn)行陽極化處理。具體實(shí)施步驟如下：預(yù)處理階段：280陽極化處理階段

PACS系統(tǒng)必