[发明专利]利用超声波‑热原位修补热塑性复合材料缺陷的方法

摘要

本发明公开了一种利用超声波‑热原位修补热塑性复合材料缺陷的方法，利用超声波非线性效应产生的驱动力可驱动处于缝隙外的流体填充至间隙内，从而可将同质树脂材料填入复合材料的局部分层区，实现分层缺陷的修复；利用超声填缝以及超声可提高树脂材料的流动性，增加填入树脂材料与基体材料间的润湿及结合能力以实现夹层结构复合材料承载层的原位修补，并利用后续工序最终达到接近损坏前状态的表面状态。本发明的修补工艺可降低修补温度，避免材料的过热氧化等问题，且大大提高修补效率。

主权项

一种利用超声波‑热原位修补热塑性复合材料缺陷的方法，其特征在于：包括如下三种修复方法及其修补步骤一、局部分层缺陷的修复步骤1：对待修复复合材料分层位置进行检测，确定分层位置；对复合材料分层区两侧进行钻孔，孔隙直径范围为200‑3000μm，制造出开放型缺陷模式；配制与原复合材料成分完全相同的树脂胶备用；步骤2：利用超声‑热复合系统将树备用脂胶加热至可流动状态，为树脂熔融温度以上0～50℃，置于预制孔处；利用超声工具在预制孔旁施加超声振动，超声振幅3‑40μm，超声频率20‑80kHz；在超声作用下具有流动性的树脂胶沿孔隙填入分层区，持续超声至树脂由另一侧孔隙流出；继续施加超声5～60s，停止超声，树脂填充过程结束，树脂可在超声作用下完全填满整个分层区；步骤3：对修补区进行固化处理，固化前期采用断续施加超声振动以增强层间结合能力，超声间隔为1～30s,施加时间为1～2min，超声振幅为3～40μm，超声频率20‑80kHz；二、孔边分层缺陷的修复步骤1：利用超声‑热复合系统将树脂胶加热至可流动状态，为树脂熔融温度以上0～50℃放置于孔边分层区表面；此时利用超声工具施加超声振动，超声振幅3‑40μm，超声频率20‑80kHz；在超声作用下具有流动性的树脂胶填入分层区，持续超声至树脂不再填入；继续施加超声5～60s，停止超声，树脂填充过程结束，树脂可在超声作用下完全填满整个分层区；步骤2：对修补区进行固化处理，固化前期采用断续施加超声振动以增强层间结合能力超声间隔为1～30s,施加时间为1～2min，超声振幅为3～40μm，超声频率20‑80kHz；固化后采用机械方法除去多余树脂胶；三、夹层结构复合材料承载层裂纹及破损的修复步骤1：将与待修复热塑性材料同质或异质的树脂制备为相同颜色及状态，且直径为0.5～3mm的丝状，作为修补填充材料；将超声‑热系统加热至树脂材料熔化温度以上0～150℃；将丝状填充材料置于待修复位置，利用超声工具将丝状填充材料加热熔化；施加超声振动，超声振幅3‑40μm，超声频率20‑80kHz，熔化的填充材料可在超声作用下迅速填充至待修复裂纹及破损区域内，与原结构材料发生结合；持续超声作用，使填充材料与原母材良好结合，并利用超声工具对修复区表面进行碾压，使表面平整；步骤2：对填料后的表面进行表面处理，使修复表面恢复原有形貌，使修复后表面实现90%以上的还原。