表面处理工艺对复合材料粘接修理的影响

为了满足应急抢修的需求,实现结构承载能力的快速恢复,研究了各种简化的表面处理工艺对于复合材料粘接修理的影响。研究结果表明,采用简单的喷砂或打磨处理工艺可以获得较为满意的粘接修理强度。如果增加喷砂或打磨前后的溶剂清洗,则可以获得更好的粘接强度。不进行表面处理或只是溶剂清洗难以满足修理的要求。不同表面处理工艺获得的修理试样,其拉伸破坏形式不同。

树脂基体对复合材料粘接修理的影响

非穿透性结构损伤会造成结构承载能力的下降,必须进行及时的修理。采用光固化树脂基复合材料为补片对损伤结构进行粘接修理,研究了基体树脂中环氧有机硅树脂的用量对粘接修理结构承载能力和耐湿热性能的影响。结果表明:环氧有机硅树脂的引入,可以有效地提高复合材料粘接修理的效果,当其用量为15%时,承载能力最佳。随着环氧有机硅树脂用量的增加,粘接修理结果的耐湿热性能逐渐提高。湿热老化后,补片层间剪切强度降低,拉伸破坏时,补片会出现层间破坏。

湿热对复合材料粘接修理裂纹铝合金板疲劳性能的影响

目的研究湿热对复合材料粘接修理结构疲劳性能的影响。方法在表面处理工艺中分别选择KH550和AC130两种偶联剂,设计制备一系列复合材料粘接修理试样。在温度为55℃、相对湿度为98%的环境试验箱中湿热处理72 h。测试湿热前后复合材料粘接修理结构的疲劳性能。结果复合材料粘接修理后,采用KH550、AC130修理试样的疲劳寿命分别是未修理试样的4.3、5.2倍。湿热处理后,相较于未修理试样,采用KH550的修理试样,疲劳寿命提高了3.8倍,而采用AC130的试样为4.6倍。结论湿热处理导致粘接界面和复合材料补片的性能下降,从而造成疲劳性能降低。采用AC130偶联剂比采用KH550偶联剂能够获得更好的疲劳性能,且湿热后,其疲劳性能下降较少。采用AC130的试样,其裂纹扩展速率比较低。

UV固化复合材料快速修复金属损伤结构

UV固化不仅可以使复合材料快速固化,而且不需要高温,能避免残余热应力的产生,在应急抢修中比通常的热固化复合材料更具优势。本文采用UV固化的方法实现了损伤金属结构的快速修复,分析了复合材料补片的铺设层数、长度以及损伤结构表面处理对修复效果的影响。

加载速率对FRP粘接修理铝板结构力学性能的影响

通过FRP修复金属结构在不同加载速率下的拉伸试验,研究了树脂组成和纤维布种类对加载速率效应的影响,分析了修复结构的破坏模式、载荷-位移关系、抗拉强度、弹性模量和断裂延伸率随加载速率的变化关系。同时,从树脂和复合材料的角度对不同加载速率下修复结构力学性能的变化进行了初步探讨。结果表明:低加载速率下,修复结构的抗拉强度和断裂延伸率随加载速率增加而增大,修复结构更多地表现出韧性材料的特点;当加载速率较大时,修复结构的抗拉强度和断裂延伸率变化不大且有所下降,加载速率效用也逐渐减弱。同时,修复结构的非线性区域逐渐向高载荷、低应变区域移动,表现出较为刚性的特点,弹性模量则始终变化不大。

固化参数对铝合金复合材料修补性能的影响

用复合材料补片粘接修理铝合金损伤结构,研究了固化参数对强度恢复效果的影响。利用有限元软件分析粘接结构,证实了应力集中区域与试验中的损伤部位及路径基本吻合。分析了固化参数中的升温速率和抽真空加压时机对粘接效果影响,升温速率不能过大,抽真空加压不能过晚,否则会造成胶层固化后其中的挥发分和空气来不及排除而产生胶层空隙缺陷。

表面处理对铝合金粘接修理性能的影响

GFRP粘接修复损伤铝板,粘接前对损伤铝合金表面采用不同浓度的硅烷偶联剂KH550、KH560进行处理,以未经偶联剂处理的铝板为对照组,通过拉伸试验与湿热试验研究偶联剂处理对修复效果的影响。试验结果表明:两种偶联剂KH550、KH560处理铝合金效果相当,铝板表面经1%~2%浓度的偶联剂溶液处理不仅有较高的初始强度,而且耐湿热性能也得到提高;湿热处理使不同表面处理的修理试样力学性能发生明显下降,同时,湿热环境对铝板-胶层之间粘接界面的渗透破坏要强于其对胶层-GFRP之间的界面破坏,铝板-胶层界面粘接强度的下降是引起试样性能下降的主要原因。

光固化ES/CEP共混物及其复合材料力学性能研究

设计了不同质量比的有机硅环氧树脂/脂环族环氧树脂(ES/CEP)共混物,采用光固化技术,分别制备了ES/CEP共混物试样(EP)、玻璃纤维增强复合材料(GF/ES-CEP)以及GF/ES-CEP复合材料为补片的粘接修理铝合金试样,重点研究了有机硅环氧树脂(ES)的质量分数对试样拉伸力学性能的影响。结果表明:CEP添加ES、EP的抗拉强度有逐渐降低的趋势,延伸率则先增加后下降,EP的力学性能在加入15%的ES时达到最佳;GF/ES-CEP复合材料抗拉强度和延伸率则随ES比例的增加先上升后下降。以GF/ES-CEP复合材料为补片的复合材料粘接修理铝合金试样主要发生胶层与损伤结构界面的剥离破坏,表明复合材料力学性能优于界面力学性能。水浴处理后,GF/ES-CEP复合材料修理铝合金试样的力学性能有明显下降,加入适量有机硅树脂可以提高修复试样的耐湿热性能。

光固化复合材料快速修复金属损伤结构

讨论了复合材料粘接修复损伤金属结构相对传统机械修理方法的优点和不足。光固化不仅可以快速实现复合材料固化，而且可以不需要高温，可以避免残余热应力的产生，比通常的复合材料粘接修理更具优势。采用光固化的方法实现了损伤金属结构的修复，分析了铺设层数和表面处理对修复效果的影响。

非穿透性结构损伤修理研究

研究了非穿透性结构损伤的修理,讨论了树脂填充、增强树脂填充和复合材料粘接3种修理方法对结构承载能力恢复的影响。研究结果表明,前2种方法对结构承载能力的恢复影响较小,复合材料粘接修理可以很好地恢复结构的承载能力,其中采用碳纤维复合材料比玻璃纤维复合材料补片可以获得更好的修理效果。随着补片厚度和刚度的增加,粘接修理结构的破坏形式以剥离破坏为主。

补片尺寸对胶层应力分布的影响

粘接修理结构中,胶层起着传递载荷的作用。其应力状态对于粘接修理结构有着重要的影响。为此,本文用有限元法分析了复合材料粘接修理结构中胶层应力分布随补片尺寸的变化。研究表明,增加补片长度和厚度可以提供补片分担载荷的作用,但是,对胶层的性能要求提高。胶层中大部分区域的应力较低,大部分载荷靠较小面积的胶层传递。修理试样的破坏形式的变化反映了胶层应力分布的变化。