樹脂基複合材料層壓板

樹脂基複合材料層壓板，是以樹脂為基體的複合材料層壓板、常用的樹脂有熱固性的不飽和聚醋、酚醛、氨基樹脂、環氧以及某些熱塑性樹脂；增強材料多為纖維及其織物，如碳纖維、玻璃纖維等，片狀材料如木材、紙張等也可以使用。

基本介紹

• 中文名：樹脂基複合材料層壓板
• 含義：以樹脂為基體的複合材料層壓板
• 常用材料：熱固性的不飽和聚醋、酚醛等
• 增強材料：如碳纖維、玻璃纖維等
• 領域：材料

碳纖維增強樹脂基複合材料層壓板

碳纖維增強樹脂基複合材料具有比強度高、比模量高、抗疲勞性能好、力學性能可設計性強等優點，是理想的輕質高效結構材料，已在航空、航天等領域獲得大規模套用。其中，層壓複合材料具有非均質性、各向異性特點，層內強度和綜合強度很高，而層間和垂直鋪層方向的強度卻較低，有時可相差1～2數量級，因此，服役環境中工具、跑道碎石、冰雹等物體的低速衝擊往往就可造成複合材料層壓板的損傷，並使得其壓縮強度和設計許用應變值下降，這引起了研究者們的高度重視。

目前，國內外針對複合材料層壓板低速衝擊損傷的研究主要集中在衝擊損傷的破壞準則、衝擊損傷阻抗和衝擊損傷容限的試驗與表征、衝擊損傷的過程模擬與預測等方面，而對於損傷產生和擴展的機理還缺乏足夠的關注。

1)在一定的落錘衝擊試驗條件下，T300/5405層壓板經6.7J/mm以上能量水平衝擊後均出現一定程度的穿透性損傷，T700/5428層壓板經17.0J/mm以下能量水平衝擊後出現穿透性損傷的可能性並不大。

2)在一定的落錘衝擊試驗條件下，T300/5405層壓板經4.5J/mm以上能量水平衝擊所引起的穿透型損傷和纖維斷裂的情況隨著衝擊能量的增加而愈加嚴重，衝擊能量主要以層壓板背面纖維樹脂沿45°的破壞來消耗;T700/5428層壓板經9.0J/mm以上能量水平衝擊之後，破壞主要以分層形式出現，衝擊能量主要以層壓板內部的分層而耗散。

3)對比T300/5405和T700/5428兩種體系的衝擊損傷模式發現:當衝擊載荷達到一定程度時，在T300/5405體系中，由於T300纖維拉伸強度相對較低，纖維所受作用率先達到破壞載荷，因而衝擊損傷表現出以穿透性為主的破壞特徵，在T700/5428體系中，由於T700纖維拉伸強度較高，儘管其微觀界面剪下強度略高，但是由於衝擊載荷未使纖維達到破壞載荷時已使T700/5428界面率先遭到破壞，因此表現出以分層為主的破壞特徵。

樹脂基複合材料層壓板結構件修補工藝

修補設備

複合材料層壓板結構件可以採用熱壓罐或攜帶型熱修補儀進行修理，考慮到外場修理，故選用攜帶型熱修補儀作為修補設備。該熱修補儀最高固化溫度190℃，最高固化壓力0.095Mpa。

修補工具

1、專用修補工具—斜面磨輪

在複合材料層壓板上能否挖出一定角度且光滑平整的斜接角是修補成敗的一個重要環節。傳統的修補挖孔是採用手工挖孔，由於是手工操作，磨出的斜接角難免會高低不平，角度不準確，且重複性差，造成母板與預固化補片不吻合，修補效果不佳。為此，我們自主研發了具有智慧財產權的專用修補工具—斜面磨輪，每副斜面磨輪由陰、陽磨輪各1隻組成，均有相同角度的斜面，斜面上覆蓋有1層金剛石。

採用陽磨輪可在複合材料層壓板上挖出具有一定角度且光滑平整的斜接角，採用陰磨輪可在複合材料層壓板上切割出具有光滑平整斜接角的預固化補片。由於是同一副陰、陽磨輪，磨出的斜接角完全一致，母板與預固化補片配合良好，有利於修補強度的提高。

採用斜面磨輪挖孔，無論是挖孔精度還是勞動效率都較手工挖孔大為提高。

複合材料層壓板結構件的修理

複合材料層壓板結構件的修理已形成企標“複合材料挖補修理工藝規範”。

1、修補前的準備

（1）挖孔

用無損探傷設備對損傷區進行檢測，畫出損傷區的切割輪廓線，通常此線為損傷區的外接圓。以切割輪廓線為最小圓，找出圓心，使用鑽頭制出初孔。對於穿透性損傷，制出通孔；對於非穿透性損傷，則制出盲孔至損傷最深層。按典型的長厚比10：1的錐度（修補角為6°），用旋轉打磨器制出大圓輪廓，用砂輪打磨機從最小圓至大圓逐漸打磨，在修理區高度方向制出斜接角。亦可使用斜面磨輪挖出斜接角。

（2）預浸料補片的製作

採用T300/NY9200G預浸料，以修理區大、小圓直徑為尺寸，按自製樣板輔助下料,從小到大均勻遞增裁剪預浸料，然後按鋪層鋪貼並壓實。預浸料補片的鋪層方向、順序和層數與被切除部分相同。

（3）預固化補片的製作

採用T300/NY9200G預浸料，按被切除部分相同的鋪層製造複合材料層壓板，每塊層壓板必須進行無損檢測，合格後方可用於預固化補片的製造。根據修理區大、小圓直徑尺寸，選用最大和最小直徑與修理區大、小圓直徑相近的斜面磨輪之陰磨輪在層壓板上切割預固化補片，加工至斜面磨輪之陰磨輪最大直徑處切穿層壓板為止，得到預固化補片。對補片斜接角進行修整，使之與修理區斜接角配合良好。

（4）膠接前的準備

修理場地應乾淨整潔。用丙酮清洗層壓板修理區和預固化補片膠接區，晾乾。按膠接區域大小裁剪SY-14A膠膜。

2、修補

（1）層壓板結構件與預浸料補片的膠接

將準備好的SY-14A膠膜和預浸料補片按規定的順序、方向和層數鋪放在清潔乾淨的修理區上，用耐高溫膠帶固定。對於穿透性損傷，需在背面先貼上支撐板，支撐板可選用厚0.5～1.0mm的玻璃鋼板或碳纖維板。按規定的順序放置脫模布、吸膠布、隔離膜、均壓板、透氣氈，製作真空袋。採用熱修補儀加熱加壓固化。

（2）層壓板結構件與預固化補片的膠接

將清潔乾淨的預固化補片和準備好的SY-14A膠膜按規定的方向、層數和順序安放在清潔乾淨的修理區上，用耐高溫膠帶固定。按規定的順序放置脫模布、吸膠布、隔離膜、透氣氈，製作真空袋。採用熱修補儀加熱加壓固化。

3、後加工

用砂紙對修理區進行修整，使其外形與周邊區域光滑過渡。按圖樣要求，對修補區域補漆。

4、工序檢驗

（1）在補漆前,對修補後的區域採用膠接檢測儀、超音波檢測儀等設備進行無損檢測，其膠接質量應符合修補專用無損檢測技術要求。

（2）修理後的區域外形應流線光滑，符合圖樣要求。