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复合材料修复后耐久性考量

浏览次数: 日期:2013年3月20日 16:33
复合材料修复后能耐用多久?这个答案可以是数十年之久,但是这需要恰当的保护措施,例如,玻璃纤维复合材料结构曾有修复后坚持50年的耐用记录,当然这也是面对环境侵蚀的情况下进行了充分的防护才达到的成绩,这些来自环境的侵蚀包括: ◆高温(红外线辐射)和紫外线(UV)辐射会侵蚀树脂和光纤 ◆潮湿环境下,如果纤维没有事先进行密闭性能良好的包覆或者铸模不够饱满,都会受到侵蚀 ◆来自燃料或汽油、液压流体、防冻液、酸性物质、涂层脱色剂以及其他溶剂的化学侵蚀 抵挡高温和UV辐射的最好措施是使用UV抑制剂对修复表层进行适当的防护涂层,这样形成的表层光亮色彩也足以反射红外线辐射。二十世纪70年代进行过的一项研究表明,黑色涂层的复合材料表层温度可以比周边气温高出115°F到120°F(即29℃到35℃)。在排气管或其他高温部位附近区域的修复也必须使用高温专业树脂和黏合剂。电流腐蚀也需要予以考虑,例如直接接触铝层的碳纤维会呈现迅速老化,特别是用螺栓进行修复时,需要慎重选择采用的扣件。处于电流相对两极的两种材质形成直流,会导致电流腐蚀,但腐蚀情况仅会出现在金属层,而不会出现在碳纤维上,同时潮湿环境会促使这种腐蚀更加恶化。另一种抵挡电流腐蚀的方法是用分界层将碳纤维与铝隔离,分界层可以采用玻璃纤维、黏合软膜或其他无电抗性材质。 黏合修复的表层预处理 尽管螺栓修复有时也会使用在复合材料结构上,但最常见的耐久性修复解决方案还是冲刷斜切黏合修复,这种方式能够有效保持材料的力度和硬度,同时保证了在空气动力环境中表层的平滑,如果需要雷达遁形性能,这种修复效果同样可以具备。黏合修复的耐久性决定于使用在修复补丁和修复部位表层之间的黏合剂性能,而主要影响黏合剂性能的变量包括选择恰当,黏合剂加工处理,均匀统一的黏合厚度(既不能太薄,也不能太厚),以及黏合部位的表层预处理。 在二十世纪50年代,Fokker F27双涡轮螺旋桨发动机客机采用石碳酸黏合剂来对铝表层之间进行黏合。1985年11月4日到6日,在荷兰阿姆斯特丹举办的国际耐飞性技术与工程联盟第15届年会上,荷兰Schiphol Fokker的耐久性黏合专家R.J. Schliekelmann在其报告中提到了这一点。使用压热器是为了在升高的温度和压力之下进行黏合修复。修复部位的结构性能良好,并且黏合修复效果并未随着温度和湿度的变化而减弱,许多修复成果坚持了数十年之久。二十世纪60年代,航空航天行业开发出环氧黏合剂,本预期能够达到同样满意的效果,但是黏合修复的连接却随后在70年代首次出现了因高温/潮湿环境而老化的情况,令人大失所望。在随后的20年里,不计其数的研究奠定了如今被广泛接纳的一个事实:表层预处理工序是导致黏合耐久性有几天和数十年之差的根本原因。这一领域的努力目标便是实现有效且有力的黏合修复,而修复失效的原因仅存在于黏合剂本身,如常见的胶合失效、黏合剂从修复补丁或者修复表层剥落,也就是黏合失效。 需要指出的是,尽管黏合连接修复领域的研究已经聚焦在胶合失效上,实际中还是很可能存在胶合失效而没有黏合修复成功。例如,如果黏合剂没有被充分处理,这可能是由于没有达到适当的处理温度。导致的黏合连接失效主要在于胶合,没有正确处理的黏合剂将会脱落,因而失效原因还是在其自身。因此,如果将黏合剂恰当处理并充分发挥其性能的情况下胶合失效,这样黏合失效就往往是由于黏合修复表层未达到充分的黏合所造成,焦点直指表层预处理环节。

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