一种适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法与流程

本申请属于飞机结构维修，特别涉及一种适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法。

背景技术：

1、热塑性复合材料由于韧性性能好、疲劳强度高、冲击损伤容限高等力学特性以及热成型工艺性好、可再熔融成型或回收利用等工艺和环境友好性使其在航空领域具有极大的应用潜力，尤其对于各类无人机装备，热塑性复合材料可以很好满足其模块化快速装备、战伤快速抢修的需求。飞机战伤抢修是指战时在前线环境下，通过有效地使用一切可以利用的维修资源，在有限的时间内对战伤飞机进行评估，并实施标准修理或非标准应急修理，使之迅速恢复到具有执行任务或自救能力的一系列活动。修理结果只要求短时内恢复到一定功能，即至少能执行一次任务。

2、为了提高修复效率，现有技术中提出有几种技术方案。

3、专利cn 215283476 u提出了一种热塑性树脂基复合材料现场修复装置，包括加热器和加压器两部分构成，通过二者共同作用，给损伤部位同时提供热量与压力，对复合材料制件的一些小型损伤现场修复，达到恢复部分性能的目的，大大减少了热塑性复合材料修复成本。专利的核心在于针对热塑性复合材料制件小损伤进行加热加压，以实现恢复部分性能的目的。因其主要针对小损伤，因而不涉及材料的增加。

4、专利cn 114311765 a提出了一种基于rfi(树脂膜熔渗工艺)技术的复合材料穿透损伤高效修理方法，其在传统复合材料挖补修理工艺的基础上，通过在损伤区域外钻孔、纤维束缝合，使用rfi技术对修理补片进行再加固处理，实现修理区力学性能的提高。专利的核心在于针对穿透损伤在传统工艺的基础上，对修理部位进行了进一步补强，属于基于传统方法的再创新。

5、专利cn 110815877 a提出了一种薄壁带曲率复合材料层压结构穿透损伤修理方法，该方法通过采用一个外表面与复合材料件损伤区域内表面曲率一致的泡沫背板作为辅助工装，在复合材料件损伤区域填充填料，并在外表面铺放修理布固化成型。该专利的核心在于无需预制复合材料补片，并且采用泡沫背板代替钣金背板工装，降低修理成本。

6、专利cn 105774002 a提出了一种铝面板蜂窝夹层结构高密度蜂窝块脱粘的修理方法，该方法通过去除高密度蜂窝块脱粘区蜂窝块及铝面板、重新安装镶嵌件、使用ea9396胶在镶嵌件和铝面板表面粘接金属补片的方法，实现了脱粘区的修理。该专利的核心在于提供了一套系统的蜂窝块脱粘修复方法，降低了修理难度，提高了修理质量。

7、从以上专利中可以发现，复合材料结构的损伤修理修复是一个极具工程价值的问题，无论是对于小损伤还是大损伤，其修复方法均要兼顾质量与速度的问题。上述方案均不能很好的平衡上述问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供了一种适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

2、本申请的技术方案是：一种适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，所述方法包括：

3、确定热塑性复合材料结构的损伤范围，根据所述损伤范围确定需要修复的损伤区域；

4、对热塑性复合材料结构需要修复的损伤区域通过画线标记需要打磨去除的区域；

5、对画线标记的打磨去除区域进行打磨去除，打磨去除区域的损伤采用阶梯修复或者挖补修复，其中，挖补修复是指热塑性复合材料结构内的片层在孔内呈圆锥形打磨，阶梯修复是指热塑性复合材料结构内每个单独的片层在直径上都打磨掉一定尺寸形成阶梯；

6、采用清洗剂将热塑性复合材料需要修复的表面灰尘去除，并干燥通风；

7、在热塑性复合材料的非结构损伤一侧的表面采用双组份硅橡胶构建背板柔性支撑结构，以在修复过程中起到保形功能；

8、通过加热装置将待修补的磨损去除区域进行加热处理，以增加原热塑性复合材料中的热塑性材料黏性，并持续保持该高温状态；

9、采用增材打印设备按照规划的路径逐层填充经过熔融浸渍的复合材料纤维，直至完全填覆打磨去除区域；

10、使打磨去除区域内填充的热塑性材料及复材纤维自然冷却固化；

11、去除非损伤面的柔性背板支撑结构，对修复的损伤面进行清理，完成修理。

12、在本申请优选实施方式中，所述热塑性复合材料结构的损伤范围通过目视、敲击和/或仪器检测的方式确定。

13、在本申请优选实施方式中，通过画线标记的打磨去除区域的形状包括圆形和椭圆形。

14、在本申请优选实施方式中，所述画线标记的打磨区域以损伤区域为基准，向外侧扩大预定范围，以使打磨去除区域完全包括损伤区域。

15、在本申请优选实施方式中，所述打磨去除区域的损伤采用阶梯修复或挖补修复通常根据热塑性复合材料的厚度进行判断，当热塑性复合材料的厚度大于预定尺寸时，选取阶梯修复，当热塑性复合材料的厚度小于预定尺寸时，选取挖补修复。

16、在本申请优选实施方式中，所述清洗剂包括丙酮。

17、在本申请优选实施方式中，采用双组分硅橡胶构建背板柔性支撑结构的过程包括：

18、在非损伤面对应损伤的位置采用薄板构建出硅橡胶浇筑模腔；

19、将双组分硅橡胶配置液搅拌均匀后填充到非损伤面对应的损伤区域位置的硅橡胶浇筑模腔内，待浇筑完成室温静置至硅橡胶硫化完成，即得到柔性背板支撑结构。

20、在本申请优选实施方式中，所述冷却固化过程采用封真空袋并加压固化的方式以提高固化质量。

21、在本申请优选实施方式中，所述方法还包括：采用检测设备对修复后的损伤区域进行检测，确保无分层等新增缺陷。

22、本申请提供的适用于热塑性复合材料结构非贯穿损伤修复方法实现了热塑性复合材料结构非贯穿损伤的快速修复，充分利用了复合材料增材制造的快速灵活的特性，实现了损伤区域的快速填充，从而满足作战无人机外场等应用场景下快速修复的需求；，通过设置硅橡胶柔性背板支撑，能够在修复过程中保持复材结构形状，并可在修复后方便拆卸，通过对待修补的区域进行持续的加热及保温，可以增强热塑性树脂粘性，最终待修补区域一并冷却固化，以提高增材修复材料与结构原材料的融合程度。

技术特征：

1.一种适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，其特征在于，所述热塑性复合材料结构的损伤范围通过目视、敲击和/或仪器检测的方式确定。

3.如权利要求1所述的适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，其特征在于，通过画线标记的打磨去除区域的形状包括圆形和椭圆形。

4.如权利要求3所述的适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，其特征在于，所述画线标记的打磨区域以损伤区域为基准，向外侧扩大预定范围，以使打磨去除区域完全包括损伤区域。

5.如权利要求1所述的适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，其特征在于，所述打磨去除区域的损伤采用阶梯修复或挖补修复通常根据热塑性复合材料的厚度进行判断，当热塑性复合材料的厚度大于预定尺寸时，选取阶梯修复，当热塑性复合材料的厚度小于预定尺寸时，选取挖补修复。

6.如权利要求1所述的适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，其特征在于，所述清洗剂包括丙酮。

7.如权利要求1所述的适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，其特征在于，采用双组分硅橡胶构建背板柔性支撑结构的过程包括：

8.如权利要求1所述的适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，其特征在于，所述冷却固化过程采用封真空袋并加压固化的方式以提高固化质量。

9.如权利要求1所述的适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结
本申请提供了一种适用于热塑性复合材料结构的非贯穿损伤修复方法，包括：确定热塑性复合材料结构的损伤范围，进而确定需要修复的损伤区域；对需要修复的损伤区域通过画线标记需要打磨去除的区域；对打磨去除区域进行打磨去除，打磨去除区域的损伤采用阶梯修复或者挖补修复；将需要修复的表面灰尘去除；在非结构损伤一侧的表面采用双组份硅橡胶构建背板柔性支撑结构；通过加热装置将待修补的打磨去除区域进行加热处理，并持续保持高温状态；采用增材打印设备按照规划的路径逐层填充经过熔融浸渍的复合材料纤维，直至完全填覆打磨去除区域；使填充的热塑性材料及复材纤维自然冷却固化；去除非损伤面的柔性背板支撑结构，对修复的损伤面进行清理。

技术研发人员：陈向明,邹鹏,邓凡臣,杨钧超,李尹松,王喆,毕雪,雷安民
受保护的技术使用者：中国飞机强度研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15