本由复合材料前沿翻译整理，因小编水平有限，部分内容翻译可能偏离原意，建议对照原文。

介绍

复合材料广泛应用于航空航天、船舶、汽车、地面运输和运动器材市场。复合材料部件的损坏并不总是肉眼可见的，结构部件的损坏程度最好通过适当的非破坏性测试(即无损检测NDT)方法来确定。

或者，可以通过简单地敲击复合表面并聆听声音来定位受损区域。损坏的区域对敲击的响应很迟钟，并且可以很容易地映射出好的和损坏的复合材料之间的边界，以确定需要修复的区域。

复合材料结构的定期维护应包括对复合材料损伤的认识和检查。特别应注意更容易受到损伤的地区。

对飞机结构的维修应根据《飞机结构维修手册》 (SRM）进行控制和实施。对于其他应用，修复后的部件通常应符合原始规格和机械性能要求。

本指南旨在为所有应用中的复合材料修复提供一种通用方法，主要针对研究夹层结构和层压板结构。

夹层结构

薄的、高强度的蒙皮由轻质蜂窝芯隔开，并与之结合；芯越厚，板越硬，重量增加越小。

层压板结构

复合材料层压板的结构性能，如刚度、维度稳定性和强度，取决于层压的堆叠顺序。堆叠顺序描述了层压板厚度中铺层方向的分布。

修复流程图

该流程图给出了复合材料修复的关键阶段。

损伤评估

一些复合材料的损伤是明显的，容易评估，但在某些情况下，损伤可能首先出现相当小，虽然真正的损害是非常大的。纤维的冲击损伤可以表现为增强复合材料表面的小凹痕，但潜在的损伤可能更广泛。修复或报废的决定是通过考虑更换复合材料原有结构性能所需的修复程度来确定的。其他考虑因素包括修理费用、损坏的位置和修复的可行性以及是否有合适的修理材料。

修理类型

简单的维修通常是小的或不影响部件的结构完整性。这些修理是按照对层压板或夹层板的简单指导方针进行的(见修理部分)。

当损坏范围很大，需要更换结构部件时，就需要进行复杂的修理。最好的材料选择是使用原始的纤维、织物和基体树脂。任何替代方案都需要仔细考虑修复后复合材料的使用环境，即热、湿和机械性能。建议的修复方案应满足结构的所有原始设计要求。

临时修复

在使用中的组件需要进行复合修复时。有些修理需要维修车间的专门设备，还需要某种形式的临时修理，以便将部件送回合适的维修车间。临时修复，通常是修补的形式，可以固定到组件上。通常采取“安全带和支架”的方法来确保安全，直到以后可以修复该部件。

永久维修

应遵循经批准的层压板和夹层维修的一般准则。这些维修作业应在受控的车间区域内进行，以确保高质量的维修。良好的内部管理和对维修细节的关注将确保成功。

质量检查

对于修复部件的全面检查，可以使用一些无损检测(NDT)。检查员应检查修复区域的质量和应特别注意原部件和修复区域之间的接口。通常的检查方法使用某种形式的超声波测试设备，其中超声波的反射检测和识别任何损坏的区域或故障。

典型损伤

纤维增强复合材料的大多数损伤是低速冲击的结果，有时是高速冲击的结果。在金属中，能量通过弹性和塑性变形而耗散，但仍然保持了很好的结构完整性。而在纤维增强材料的损伤通常比表面上看到的更广泛。

当复合材料结构在服务中遭受损坏时，必须采用三个级别中的一个进行修复。

美容修复

在这种情况下，检查确定损坏没有影响部件的结构完整性。进行美容修复以保护和装饰表面。这将不涉及使用加固材料。

临时修理

在使用中经常会发现小面积的损伤，但这些损伤本身并不威胁到部件的整体完整性或机械性能。然而，如果不进行修复，它们可能会通过水分进入和疲劳导致损坏的进一步快速传播。

简单的修补类型的维修可以进行，以最少的准备，以保护组件，直到它可以采取适当的结构维修的服务。

临时修理应定期检查。

结构修复

如果损伤通过纤维断裂、分层或脱粘而削弱了结构，则修复将涉及更换受损的纤维增强物和夹层结构中的芯，以恢复原始的机械性能。由于粘合修复构成了原始层的不连续性，并因此产生应力，结构修复方案通常需要在修复区域提供额外的层。

如果损坏的区域非常小，那么结构修复是否比表面修复更可取是值得怀疑的，因为结构修复需要在损伤去除和准备过程中去除大量的结构。

层压板和夹芯板

结构修复的主要目的是完全支撑所施加的载荷，并将所施加的应力传递到修复区域。要做到这一点，修补材料必须重叠，并充分结合到原始层压材料的层。

对此有三种基本方法

1.修补

在这种情况下，原始层压板的厚度由填充层和修补材料粘合到层压板的表面。

优点：快速简单，需要的准备最少。

缺点：修补过的层压板比原来的更厚更重；对于粘固剂，需要非常仔细的表面准备。

2.锥度摩擦或挖补修理

在这种情况下，对孔周围的区域进行打磨，以暴露层压材料中每一层的一部分。有时添加一个填充层以产生更平坦的表面。锥度通常在30一60:1的范围内。

优点：修复只比原来的稍厚一些；每个修补层与其所修补的层重叠，从而提供更直、更强的负载路径；在新暴露的表面上可以实现良好的结合。

缺点：耗时、需要高技能，难以实现。

3.分级砂光修补

层压材料被打磨下来，使每一层的平带暴露出来，产生阶梯状的光洁度。典型的步骤是每层25-50mm。

优点：与锥度砂光修补相同

缺点：极难做到的

注:如果部件已在使用中，则必须对其进行干燥以除去任何水分，以获得最佳的修复效果。

双面修理的修理顺序

预固化贴片修复

一些复合材料的修复可以通过使用预固化的贴片来实现。

预固化贴片是由纤维增强环氧树脂层制成的复合材料片材，其已在使用热和压力下固化。

从预固化材料上切下补片并粘合到部件表面上。贴片的边缘进行倒角，以增加剥离强度。预固化的贴片可以使用树脂或粘合膜粘合到部件上。然而，这种方法的一个主要缺点是空气滞留在贴片下，导致弱修复。在胶膜下使用一层划线布可以改善维修，使空气得以逃逸。

修复设备和辅助设备

加热器/毯

装袋材料

真空袋

密封胶带

离型膜

真空接头

……

真空袋压成型的所有组件如上图所示。这种布局对于高质量的组件来说是理想的。

剥离层 (可选)

在固化过程中允许挥发物和过量基质自由通过。可以在固化后容易地除去以提供可粘合或可涂漆表面。

透气织物

提供了施加真空的方法，并帮助从整个组件中去除空气和挥发物。当使用高压釜时，需要较厚的通气管。

离型膜

这可以防止基质的进一步流动，并且可以是稍微多孔的 (用针孔)，只允许空气和挥发物进入上面的透气层。

真空袋/密封胶带

提供了一个密封袋，以允许去除空气形成真空袋。

附注:建议在短时间内使用新的耗材，以确保制造出高质量的复合材料

注：本内容英文来源HEXCEL COMPOSITES，由复合材料前沿翻译整理，因小编水平有限，部分内容翻译可能偏离原意，建议对照原文。

       原文标题 : 【原创】复合材料修复指南：夹层结构及层压板结构修复