一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置及方法

1.本发明涉及复合材料加工制备损伤修复技术领域，尤其涉及一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置及方法。


背景技术：

2.树脂基复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等诸多优越性能，已经广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域，能够在保证高性能、高可靠性、长寿命的基础上，节省燃料并提高续航能力，提升有效载荷，在机械与运载装备领域的应用十分广泛。
3.然而，树脂基复合材料是由树脂作为基体的一种纤维增强材料，树脂和纤维材料的力学性能的差异导致这类复合材料的难加工性。因此在加工制备过程中存在诸多的加工缺陷问题。比如：作为基体材料的树脂不耐高温，在表面加工时，树脂性能变化导致与纤维材料的层间结合强度、纤维/树脂间结合强度均降低，容易在热力耦合作用下造成树脂烧伤，并加速分层、撕裂等加工缺陷的发生。
4.国内外的相关研究主要集中在加工制备过程中制定损伤的抑制策略和手段，分别在加工原理、设备、工具、工艺等理论和技术方面进行了大量的研究和优化，但在改善加工缺陷的同时，会大大提升加工制造的成本，且有些加工原理和工艺步骤过于繁琐，可操作性差，效率低。
5.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

6.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置及方法，旨在解决现有技术中对树脂基复合材料修复步骤繁琐、可操作性差、效率低以及成本较高的问题。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置，其中，包括设置有开口端的储存腔、设置在所述储存腔的开口端上的薄膜以及位于所述薄膜上方的压杆；
9.所述储存腔由底板以及设置在所述底板上的环形腔壁组成，所述环形腔壁内部设有由所述环形腔壁内侧面通往外侧面的导液通道。
10.所述的修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置，其中，所述修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置还包括：中间设有第一通孔且位于所述储存腔靠近所述底板一侧的弹片结构、放置于所述弹片结构靠近所述储存腔一侧且中间设有第二通孔的支撑材料、与所述第一通孔大小相匹配的顶杆、以及为所述顶杆提供动力的运动机；
11.所述弹片结构还包括由所述第一通孔向所述储存腔方向延伸的支撑壁以及套设于所述支撑壁的摩擦环；其中，所述支撑壁穿过所述第二通孔，所述支撑壁上设有至少两个向所述弹片结构方向凹陷的限位槽，且所述支撑壁靠近所述储存腔的一端先向内再向外弯折形成s型卡口；
12.所述顶杆靠近所述弹片结构的一端向远离所述顶杆轴线方向延伸形成卡环，所述卡环与所述s型卡口相匹配。
13.所述的修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置，其中，所述储存腔为柱状，所述第一通孔为圆形，所述第一通孔延伸形成的支撑壁的直径小于所述储存腔的直径。
14.所述的修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置，其中，所述导液通道由至少两个第一导液通道以及至少两个所述第一导液通道交汇形成的第二导液通道组成。
15.所述的修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置，其中，所述导液通道等距的分布在所述环形腔壁内。
16.所述的修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置，其中，所述环形腔壁的外侧面存在所述导液通道的出口之间连通的沟道或未连通的沟道。
17.所述的修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置，其中，所述摩擦环套设于所述s型卡口。
18.一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的方法，包括步骤：
19.提供修复剂；
20.将所述修复剂置于所述储存腔的腔体中，使用所述薄膜粘接于所述储存腔远离所述底板一侧的表面；
21.提供待修复复合材料板；
22.将所述待修复复合材料板放置于支撑材料上且套设于所述储存腔，所述待修复复合材料板与所述储存腔的外侧面相接触；
23.固定所述待修复复合材料板；
24.对所述压杆进行加载，使所述压杆隔着所述薄膜挤压所述腔体，进而使所述修复剂通过所述导液通道注入待修复复合材料板。
25.所述的修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的方法，其中，所述固定所述待修复复合材料板具体包括：
26.通过运动机推进所述顶杆，将卡环卡入s型卡口，使所述支撑壁扩张与所述支撑材料形成挤压并带动摩擦环扩张与所述支撑材料形成摩擦阻力，固定所述支撑材料进而固定所述待修复复合材料板。
27.所述的修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的方法，其中，所述修复剂包括树脂胶囊和固化剂胶囊。
28.有益效果：本发明提供一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置及方法，包括储存腔、与所述储存腔的其中一端粘接的薄膜以及位于所述储存腔靠近所述薄膜一端的压杆；其中，所述环形腔壁内部设有由所述环形腔壁内侧面通往外侧面的导液通道。所述修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的方法包括步骤：提供修复剂；将所述修复剂置于所述储存腔的所述腔体中；提供待修复复合材料板，所述待修复复合材料板与所述储存腔的外侧面相接触；固定所述待修复复合材料板；对所述压杆进行加载，使所述压杆隔着所述薄膜挤压所述腔体，进而使所述树脂胶囊和固化剂胶囊破裂混合后通过所述导液通道注入待修复复合材料板。所述修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置结构简单，可操作性好，便于在生产过程中的实际应用；所述储存腔可以反复使用，所述薄膜的使用可以防止所述压杆被修复剂污染，达到降低修复成本的目的；利用该装置对树脂基复合材料表
面和亚表面缺陷进行修复，精准地将修复剂注入到树脂基复合材料的缺陷部位，从而达到对缺陷的快速一次性修复，并可提高该材料在后续使用中的安全性和可靠性。
附图说明
29.图1为本发明一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置结构图；
30.图2为本发明储存腔的截面剖视图；
31.图3为本发明一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置具体结构图；
32.图4为本发明一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置的截面剖视图。
具体实施方式
33.本发明提供一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.由于树脂基复合材料是由树脂作为基体的一种纤维增强材料，而树脂和纤维材料的力学性能存在一定的差异，因此，导致树脂基复合材料的加工时存在树脂与纤维材料不能很好的相互作用的问题。例如树脂基复合材料在加工制备过程中存在诸如纤维脱落、“纤维
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基体”界面剥离、微裂痕等加工损伤，针对这一问题，国内外的相关研究主要集中在加工制备过程中制定损伤的抑制策略和手段，分别在加工原理、设备、工具、工艺等理论和技术方面进行了大量的研究和优化，虽然通过制定损伤的抑制策略和手段可以改善产品存在的加工缺陷，但在改善加工缺陷的同时，会大大提升加工制造树脂基复合材料的成本，并且现有的改善树脂基复合材料加工缺陷存在的问题，有些加工原理和工艺步骤过于繁琐，可操作性差，效率低，不利于实际的生产应用。
35.基于此，请参照附图1，本发明提供一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置，包括设置有开口端的储存腔1、设置在所述储存腔1的开口端上的薄膜2以及位于所述薄膜2上方的压杆3；
36.请参照图2，在一些实施例中，所述储存腔1由底板11以及设置在所述底板11上的环形腔壁12组成，所述底板与所述环形腔壁以及所述薄膜2共同围成腔体13；所述薄膜2粘接于远离所述底板一端；所述压杆3用于挤压所述腔体13；其中，所述环形腔壁12内部设有由所述环形腔壁内侧面通往外侧面的导液通道14。
37.具体的，所述薄膜为高弹柔性薄膜；所述压杆3对所述腔体13进行挤压时，而非直接与所述腔体内的修复剂接触，所述压杆3先与所述薄膜2接触，隔着所述薄膜2对所述腔体进行挤压，可以避免腔体内的修复剂因受到挤压而溢出腔体，而且不但可以保证腔体内的压力不受损失，而且可以保持压杆3的洁净度并可重复使用。
38.所述环形腔的材料可为低弹性模量的弹性材料或弹塑性材料，使得环形腔壁在压杆3下压时在腔内压力作用下产生向外的鼓出变形，使环形腔壁的外侧紧贴待修复复合材料板7的孔内壁，免使修复液外溢，以加强修复液压注进入孔壁中的缺陷。
39.在一些实施例中，所述导液通道14由至少两个第一导液通道141以及至少两个所述第一导液通道141交汇形成的第二导液通道142组成；本实施例中，所述第一导液通道包括两个，第二导液通道由两个所述第一导液通道交汇形成，通过该结构，可以使所述修复剂
在流经所述导液通道的过程中进行二次混合；具体的，所述修复剂包括树脂胶囊和固化剂胶囊，当所述压杆3对所述腔体13进行挤压时，所述树脂胶囊和固化剂会破裂进行一次混合后受压进入第一导液通道141，然后在第二导液通道142汇合进行二次混合，使所述修复剂成分均匀。
40.在一些实施例中，所述导液通道14等距的分布在所述环形腔壁内，使所述环形腔壁受到的压力均匀，延长所述储存腔1的使用寿命；并且将所述导液通道等距的分布在所述环形腔壁内可以使所述修复剂全方位的流出，使修复剂与待修复复合材料板全面接触；当然，所述导液通道14等距的分布在所述环形腔壁内为本实施例的最佳分布方式，但不限于只能等距分布。
41.在一些实施例中，如图1所示，所述环形腔壁12的外侧面存在所述导液通道14的出口之间连通的沟道143或未连通的沟道144，实现将所述修复剂以最优的方式注入待修复复合材料板7的缺陷中。
42.需要说明的是，所述沟道143或未连通的沟道144可以为多通道组合和非直线通道，本实施例中的所述沟道143为两个通道的出口连通形成；依据粘性流体的力学原理，壁面孔洞的形式、数量和分布可通过前期设计和仿真模拟计算预测对修复剂的混合、流出和注入效果的影响进行设计，本实施例中所采用的限定均为最佳选，其他壁面孔洞的形式、数量和分布也可实现本发明的效果。
43.请参照附图3，在一些实施例中，所述修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置还包括：中间设有第一通孔41且位于所述储存腔1靠近所述底板11一侧的弹片结构4、放置于所述弹片结构4靠近所述储存腔1一侧且中间设有第二通孔51的支撑材料5、与所述第一通孔41大小相匹配的顶杆6、以及为所述顶杆6提供动力的运动机。
44.请参考附图3
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4，所述弹片结构还包括由所述第一通孔41向所述储存腔1方向延伸的支撑壁42以及套设于所述支撑壁42的摩擦环43；其中，所述支撑壁42穿过所述第二通孔51，所述支撑壁42上设有至少两个向所述弹片结构4方向凹陷的限位槽44，且所述支撑壁42靠近所述储存腔1的一端先向内再向外弯折形成s型卡口45；
45.所述顶杆6靠近所述弹片结构4的一端向所述远离所述顶杆6轴线方向延伸形成卡环61，所述卡环61与所述s型卡口45相匹配.
46.具体的，所述摩擦环43套设于所述s型卡口45。
47.本实施例中，当所述运动机推动所述顶杆6时，所述顶杆6在所述支撑壁围成的通孔内做推拉运动，即当所述运动机推动所述顶杆时，所述卡环61向所述s型卡口方向运动，直至所述卡环61卡设于所述s型卡口45的内侧凹面，进而把所述支撑壁42撑开，以及将所述摩擦环43撑大，从而使所述支撑壁与所述支撑材料5之间产生一个压力，所述摩擦环43与所述支撑材料5产生摩擦力，达到最终固定支撑材料的效果；当修复剂注入待修复复合材料板7完成后，将顶杆收回，所述支撑壁的直径缩小，进而解除所述支撑壁与所述支撑材料的固定关系。
48.在所述支撑壁上凹陷形成限位槽44主要是提高所述支撑壁的扩展与缩小的性能，本实施例中，所述限位槽包括但不限于四个；其中，所述弹片结构的形式可以根据需要进行改变，例如弹片结构的开槽数量、开槽长度以及外表面的锥度等。
49.在一些实施例中，所述储存腔为柱状，所述第一通孔为圆形，所述第一通孔延伸形
成的所述支撑壁的直径小于所述储存腔的直径，进行达到所述支撑壁给所述储存腔起到支撑作用，当所述第一通孔延伸形成的所述支撑壁的直径大于所述储存腔的直径时，所述储存腔会陷入所述第一通孔中，无法实现修复目的。
50.在一些实施例中，所述腔体13为圆柱状，所述压杆3与所述腔体的形状相匹配，且尽量不留有肉眼可见的缝隙；目的在于使所述压杆对所述腔体的压力足够大，使所述修复剂受压挤出腔体外，达到修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的效果。
51.当然，所述腔体的形状可以根据实际需要进行调整，例如所述腔体为倒圆台型或倒圆锥形，并且所述压杆与所述腔体的形状相匹配，尽量使所述腔体与所述压杆无明显缝隙；可以达到将修复剂挤压出腔体外，实现修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的效果，即可。
52.下面，将通过具体的实施方法对上述修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置进行说明。
53.一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的方法，其特征在于，包括步骤：
54.提供修复剂；
55.将所述修复剂置于所述储存腔的所述腔体中，使用所述薄膜粘接于所述储存腔远离所述底板一侧的表面；
56.提供待修复复合材料板；
57.将所述待修复复合材料板放置于所述支撑材料上且套设于所述储存腔，所述待修复复合材料板与所述储存腔的外侧面相接触；
58.固定所述待修复复合材料板；
59.对所述压杆进行加载，使所述压杆隔着所述薄膜挤压所述腔体，进而使所述修复剂通过所述导液通道注入待修复复合材料板。
60.在一些实施例中，所述修复剂包括树脂胶囊和固化剂胶囊。将所述树脂胶囊和固化剂胶囊同时放置于所述储存腔中，使用所述薄膜粘接于所述储存腔远离所述底板一侧的表面；通过压杆的挤压，所述树脂胶囊和固化剂会因受挤压而破裂混合，进而形成修复剂。
61.需要说明的是，胶囊的种类和配比可以根据需要修复的材料进行调控，并将所述胶囊混合均匀放置于所述腔体内待使用。
62.在一些实施例中，将所述待修复复合材料板放置于所述支撑材料上且套设于所述储存腔，所述待修复复合材料板与所述储存腔的外侧面相接触；当所述修复剂通过所述导液通道流出腔体时，所述修复液与所述待修复复合材料板直接接触，并随着压杆的下压，所述腔体的压力增大，所述修复液带着一股压力冲击所述待修复复合材料板，进而对待修复复合材料板的表面和亚表面进行修复。
63.在一些实施例中，所述固定所述待修复复合材料板具体包括：
64.通过所述运动机推进所述顶杆，将所述卡环卡入所述s型卡口，使所述支撑壁扩张与所述支撑材料形成挤压并带动所述摩擦环扩张与所述支撑材料形成摩擦阻力，固定所述支撑材料进而固定所述待修复复合材料板。所述顶杆与所述运动机的耦合可以实现顶杆的升降功能，实现定位功能；使用该方法对待修复复合材料板进行固定，操作简单。
65.在一些实施例中，当所述压杆对所述腔体进行挤压时，放置于所述腔体内的树脂胶囊和固化剂胶囊受压破裂，胶囊内的物质会进行一次混合，进而加入第一导液通道，然后
进入多个第一导液通道汇合形成的第二导液通道进行二次混合，使其混合均匀，在压力的作用下注入到树脂基复合材料的缺陷部位。其次，该过程可以通过机械臂控制操作完成，节省大量劳动力。
66.本实施例中，采用该修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置及方法对于树脂基复合材料的局部缺陷修复效率高；能够根据实际基体材料的需求调节修复剂的种类和配比，并能控制修复的时间；通过弹片结构、顶杆及支撑材料的调节可以满足局部缺陷位置的定位，不再需要针对难以消除的加工制备缺陷制定复杂的缺陷抑制策略或手段。
67.综上所述，本发明提供一种修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置及方法，包括储存腔、与所述储存腔的其中一端粘接的薄膜以及位于所述储存腔靠近所述薄膜一端的压杆；其中，所述环形腔壁内部设有由所述环形腔壁内侧面通往外侧面的导液通道。所述修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的方法包括步骤：提供修复剂；将所述修复剂置于所述储存腔的所述腔体中；提供待修复复合材料板，所述待修复复合材料板与所述储存腔的外侧面相接触；固定所述待修复复合材料板；对所述压杆进行加载，使所述压杆隔着所述薄膜挤压所述腔体，进而使所述树脂胶囊和固化剂胶囊破裂混合后通过所述导液通道注入待修复复合材料板。所述修复树脂基复合材料表面和亚表面缺陷的装置结构简单，可操作性好，便于在生产过程中的实际应用；所述储存腔可以反复使用，所述薄膜的使用可以防止所述压杆被修复剂污染，达到降低修复成本的目的；利用该装置对树脂基复合材料表面和亚表面缺陷进行修复，精准地将修复剂注入到树脂基复合材料的缺陷部位，从而达到对缺陷的快速一次性修复，并可提高该材料在后续使用中的安全性和可靠性。
68.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。