树脂基复合材料层压板学术资讯

树脂基复合材料层压板，是以树脂为基体的复合材料层压板、常用的树脂有热固性的不饱和聚醋、酚醛、氨基树脂、环氧以及某些热塑性树脂；增强材料多为纤维及其织物，如碳纤维、玻璃纤维等，片状材料如木材、纸张等也可以使用。

碳纤维增强树脂基复合材料层压板碳纤维增强树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、抗疲劳性能好、力学性能可设计性强等优点，是理想的轻质高效结构材料，已在航空、航天等领域获得大规模应用。其中，层压复合材料具有非均质性、各向异性特点，层内强度和综合强度很高，而层间和垂直铺层方向的强度却较低，有时可相差1～2数量级，因此，服役环境中工具、跑道碎石、冰雹等物体的低速冲击往往就可造成复合材料层压板的损伤，并使得其压缩强度和设计许用应变值下降，这引起了研究者们的高度重视。

目前，国内外针对复合材料层压板低速冲击损伤的研究主要集中在冲击损伤的破坏准则、冲击损伤阻抗和冲击损伤容限的试验与表征、冲击损伤的过程模拟与预测等方面，而对于损伤产生和扩展的机理还缺乏足够的关注。

1)在一定的落锤冲击试验条件下，T300/5405层压板经6.7J/mm以上能量水平冲击后均出现一定程度的穿透性损伤，T700/5428层压板经17.0J/mm以下能量水平冲击后出现穿透性损伤的可能性并不大。

2)在一定的落锤冲击试验条件下，T300/5405层压板经4.5J/mm以上能量水平冲击所引起的穿透型损伤和纤维断裂的情况随着冲击能量的增加而愈加严重，冲击能量主要以层压板背面纤维树脂沿45°的破坏来消耗;T700/5428层压板经9.0J/mm以上能量水平冲击之后，破坏主要以分层形式出现，冲击能量主要以层压板内部的分层而耗散。

3)对比T300/5405和T700/5428两种体系的冲击损伤模式发现:当冲击载荷达到一定程度时，在T300/5405体系中，由于T300纤维拉伸强度相对较低，纤维所受作用率先达到破坏载荷，因而冲击损伤表现出以穿透性为主的破坏特征，在T700/5428体系中，由于T700纤维拉伸强度较高，尽管其微观界面剪切强度略高，但是由于冲击载荷未使纤维达到破坏载荷时已使T700/5428界面率先遭到破坏，因此表现出以分层为主的破坏特征。1

树脂基复合材料层压板结构件修补工艺修补设备复合材料层压板结构件可以采用热压罐或便携式热修补仪进行修理，考虑到外场修理，故选用便携式热修补仪作为修补设备。该热修补仪最高固化温度190℃，最高固化压力0.095Mpa。

修补工具1、专用修补工具—斜面磨轮

在复合材料层压板上能否挖出一定角度且光滑平整的斜接角是修补成败的一个重要环节。传统的修补挖孔是采用手工挖孔，由于是手工操作，磨出的斜接角难免会高低不平，角度不准确，且重复性差，造成母板与预固化补片不吻合，修补效果不佳。为此，我们自主研发了具有知识产权的专用修补工具—斜面磨轮，每副斜面磨轮由阴、阳磨轮各1只组成，均有相同角度的斜面，斜面上覆盖有1层金刚石。

采用阳磨轮可在复合材料层压板上挖出具有一定角度且光滑平整的斜接角，采用阴磨轮可在复合材料层压板上切割出具有光滑平整斜接角的预固化补片。由于是同一副阴、阳磨轮，磨出的斜接角完全一致，母板与预固化补片配合良好，有利于修补强度的提高。

采用斜面磨轮挖孔，无论是挖孔精度还是劳动效率都较手工挖孔大为提高。

复合材料层压板结构件的修理复合材料层压板结构件的修理已形成企标“复合材料挖补修理工艺规范”。

1、修补前的准备

（1）挖孔

用无损探伤设备对损伤区进行检测，画出损伤区的切割轮廓线，通常此线为损伤区的外接圆。以切割轮廓线为最小圆，找出圆心，使用钻头制出初孔。对于穿透性损伤，制出通孔；对于非穿透性损伤，则制出盲孔至损伤最深层。按典型的长厚比10：1的锥度（修补角为6°），用旋转打磨器制出大圆轮廓，用砂轮打磨机从最小圆至大圆逐渐打磨，在修理区高度方向制出斜接角。亦可使用斜面磨轮挖出斜接角。

（2）预浸料补片的制作

采用T300/NY9200G预浸料，以修理区大、小圆直径为尺寸，按自制样板辅助下料,从小到大均匀递增裁剪预浸料，然后按铺层铺贴并压实。预浸料补片的铺层方向、顺序和层数与被切除部分相同。

（3）预固化补片的制作

采用T300/NY9200G预浸料，按被切除部分相同的铺层制造复合材料层压板，每块层压板必须进行无损检测，合格后方可用于预固化补片的制造。根据修理区大、小圆直径尺寸，选用最大和最小直径与修理区大、小圆直径相近的斜面磨轮之阴磨轮在层压板上切割预固化补片，加工至斜面磨轮之阴磨轮最大直径处切穿层压板为止，得到预固化补片。对补片斜接角进行修整，使之与修理区斜接角配合良好。

（4）胶接前的准备

修理场地应干净整洁。用丙酮清洗层压板修理区和预固化补片胶接区，晾干。按胶接区域大小裁剪SY-14A胶膜。

2、修补

（1）层压板结构件与预浸料补片的胶接

将准备好的SY-14A胶膜和预浸料补片按规定的顺序、方向和层数铺放在清洁干净的修理区上，用耐高温胶带固定。对于穿透性损伤，需在背面先粘贴支撑板，支撑板可选用厚0.5～1.0mm的玻璃钢板或碳纤维板。按规定的顺序放置脱模布、吸胶布、隔离膜、均压板、透气毡，制作真空袋。采用热修补仪加热加压固化。

（2）层压板结构件与预固化补片的胶接

将清洁干净的预固化补片和准备好的SY-14A胶膜按规定的方向、层数和顺序安放在清洁干净的修理区上，用耐高温胶带固定。按规定的顺序放置脱模布、吸胶布、隔离膜、透气毡，制作真空袋。采用热修补仪加热加压固化。

3、后加工

用砂纸对修理区进行修整，使其外形与周边区域光滑过渡。按图样要求，对修补区域补漆。

4、工序检验

（1）在补漆前,对修补后的区域采用胶接检测仪、超声波检测仪等设备进行无损检测，其胶接质量应符合修补专用无损检测技术要求。

（2）修理后的区域外形应流线光滑，符合图样要求。2