[发明专利]一种聚酯胶止裂贴片及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及激光冲击材料加工应用技术领域，特指一种聚酯胶止裂贴片及其制备方法与应用，其适用于利用激光冲击波的力学效应对金属材料表面进行止裂及表面强化处理。

背景技术

工程零部件大多数是承受变幅循环加载，一般在交变应力作用下，材料发生多次塑性变形后产生微观裂纹，这些微观裂纹即为零件疲劳损坏的起始原因，短小裂纹如果不经过强化修补就会发展成长裂纹从而引起结构件的断裂，因此研究有效实用的裂纹止裂方法，预防和修复裂纹就显得尤为重要。而实际止裂过程中发现采用止裂贴片能有效地阻止裂纹的扩展，防止断裂事故的发生，具有非常重要的实际意义。

贴片胶接止裂修补技术，具有简单、快捷的优点，特别适用于恶劣条件下的修理和维护工作，作为一种止裂技术，能延缓裂纹的扩展速率。美国人B Budiansky报道采用复合材料补片胶接修补损伤的金属零件结构，这是一种优质、高效、低成本的结构修理方法，通过对宏观裂纹在裂纹尖端钻出圆孔，将其钝化，然后采用补焊的办法修补整个裂纹。这种办法对于表面裂纹是比较有效的，但对于表面有特殊要求和含碳量、合金元素较高的构件，则不能采用这种办法，而且对于微观裂纹的处理也显示出它的局限性在于结构修理设计的初始阶段，特别是在对补片的形状、尺寸和铺层等进行优化设计时，十分不便。

西工大的白金泽针对复合材料和金属结构的穿透型损伤，采用外贴补片修补方式，采用胶接止裂修补技术的“双板-弹簧元修正模型”，结合Tasi-Wu准则(层板)和最大应力准则(胶层)计算其修补强度，并讨论了贴补各工艺参数对修补效果的影响规律。

然而，这些贴片胶接止裂修补技术方法或由于操作上的困难，或由于需要其它复杂的设备来完成，其应用均受到很大程度的限制。因此有必要寻找新的裂纹止裂方法和贴片胶接止裂修补技术，利用新型的止裂材料来解决实际应用中的裂纹止裂。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚酯胶止裂贴片，利用这种止裂贴片可以快速方便的对带有表面裂纹的金属材料激光冲击止裂，达到延长和提高金属结构件的可靠性和安全性，解决工程实际应用的难题。

一种聚酯胶止裂贴片，其特征在于：组分为聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚酯树脂、芳香异氰酸酯与三羟甲基丙烷的加成物，各个组分按重量百分比计算，聚己二酸乙二醇酯5％～15％，聚酯树脂50％～70％，芳香异氰酸酯与三羟甲基丙烷加成物25％～35％。

上述聚酯胶止裂贴片的制备方法为：以聚己二酸乙二醇酯为原料、以溶剂聚酯树脂为主成分，以芳香异氰酸酯与三羟甲基丙烷的加成物为固化剂，各组分按照比例混合均匀，烘干，压至成片。

本发明所述的聚酯胶止裂贴片性能优异，耐冲击、耐介质、耐高温，液固态，低粘度，高渗透型，用于修补铸件微孔、疏松，焊缝微裂纹时无需加温、加压即可渗入缺陷部位，固化后具有很高的强度，并能承受极高的压力，密封性能良好，具有抗化学腐蚀、附着力强、柔性高等特点，而且固化速度快，涂膜性能优良，制成可剪裁的贴片形状，将柔性止裂贴片贴覆在金属裂纹表面，然后在其上喷涂黑漆涂层，从而可以利用激光冲击力学效应对裂纹表面进行止裂。激光冲击止裂过程中，当把止裂贴片通过储装头提供到裂纹部位后，定位机械手将受损金属移动到激光冲击装置的光斑作用位置，然后储装头将柔性补丁提供到裂纹部位，激光冲击后表面通过清理刷清理，直至处理表面平滑干净。对于缺损性损伤，其需要止裂的面积、体积均比较大时，可以分层分批激光冲击止裂。

本发明的优点如下：

(1)止裂效果好：柔性止裂贴片激光冲击止裂能提高裂纹区的刚度、静强度，减小裂纹尖端应力强度因子，激光冲击止裂不需要对原结构开孔，不会形成新的应力集中源，有利于提高结构的损伤容限和抗疲劳性能；

(2)范围更大：激光冲击可以对任意形状、任意曲面裂纹进行激光冲击止裂，而其他止裂方法都有其局限性；

(3)可设计性强：可根据裂纹止裂要求和受力状况进行贴片的形状和铺层设计；

(4)简单快捷、效率高：激光冲击止裂方法与普通复合材料贴片止裂方法相比，其无需对修补部位进行长时间高温固化。通过激光冲击能量和光斑大小的控制，能够快速将柔性补丁材料通过激光冲击作用修补到金属结构件的裂纹或裂缝中，很好的起到修复裂纹的作用；

(5)环保性优异：激光冲击止裂不仅使用方便，修补时间短、成本低，而且没有任何污染。避免采用回炉、冶炼等回收方式时对环境的二次污染，是绿色的再制造。

附图说明

图1、止裂贴片实物图

图2、柔性贴片用于金属表面裂纹的止裂实物图

图3、激光冲击止裂原理示意图