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碳纖維輥筒復合材料修復后耐久性考量

2021-01-22 10:15:25

    碳纖維輥筒復合材料修復后耐久性考量

    復合材料修復后能耐用多久?這個答案可以說是數十年之久,但是這需要恰當的保護措施,例如,玻璃纖維材料修復后曾有50年的使用記錄,當然這也是面對環境侵蝕的情況下進行了充分的防護才達到的成績,這些來自環境的侵蝕包括: 

    ◆高溫(紅外線輻射)和紫外線(UV)輻射會侵蝕樹脂和光纖 

    ◆潮濕環境下,如果纖維沒有事先進行密閉性能良好的包覆或者鑄模不夠飽滿,都會受到侵蝕

     ◆來自燃料或汽油、液壓流體、防凍液、酸性物質、涂層脫色劑以及其他溶劑的化學侵蝕 抵擋高溫和UV輻射的 好措施是使用UV抑制劑對修復表層進行適當的防護涂層,這樣形成的表層光亮色彩也足以反射紅外線輻射。

    二十世紀70年代進行過的一項研究表明,黑色涂層的復合材料表層溫度可以比周邊氣溫高出115°F到120°F(即29℃到35℃)。在排氣管或其他高溫部位附近區域的修復也必須使用高溫專業樹脂和黏合劑。電流腐蝕也需要予以考慮,例如直接接觸鋁層的碳纖維會呈現迅速老化,特別是用螺栓進行修復時,需要慎重選擇采用的扣件。處于電流相對兩極的兩種材質形成直流,會導致電流腐蝕,但腐蝕情況僅會出現在金屬層,而不會出現在碳纖維上,同時潮濕環境會促使這種腐蝕更加惡化。另一種抵擋電流腐蝕的方法是用分界層將碳纖維與鋁隔離,分界層可以采用玻璃纖維、黏合軟膜或其他無電抗性材質。 黏合修復的表層預處理 盡管螺栓修復有時也會使用在復合材料結構上,但常見的耐久性修復解決方案還是沖刷斜切黏合修復,這種方式能夠有效保持材料的力度和硬度,同時保證了在空氣動力環境中表層的平滑,如果需要雷達遁形性能,這種修復效果同樣可以具備。黏合修復的耐久性決定于使用在修復補丁和修復部位表層之間的黏合劑性能,而主要影響黏合劑性能的變量包括選擇恰當,黏合劑加工處理,均勻統一的黏合厚度(既不能太薄,也不能太厚),以及黏合部位的表層預處理。 

    在二十世紀50年代,Fokker F27雙渦輪螺旋槳發動機客機采用石碳酸黏合劑來對鋁表層之間進行黏合。1985年11月4日到6日,在荷蘭阿姆斯特丹舉辦的國際耐飛性技術與工程聯盟第15屆年會上,荷蘭Schiphol Fokker的耐久性黏合專家R.J. Schliekelmann在其報告中提到了這一點。使用壓熱器是為了在升高的溫度和壓力之下進行黏合修復。修復部位的結構性能良好,并且黏合修復效果并未隨著溫度和濕度的變化而減弱,許多修復成果堅持了數十年之久。二十世紀60年代,航空航天行業開發出環氧黏合劑,本預期能夠達到同樣滿意的效果,但是黏合修復的連接卻隨后在70年代首次出現了因高溫/潮濕環境而老化的情況,令人大失所望。在隨后的20年里,不計其數的研究奠定了如今被廣泛接納的一個事實:表層預處理工序是導致黏合耐久性有幾天和數十年之差的根本原因。這一領域的努力目標便是實現有效且有力的黏合修復,而修復失效的原因僅存在于黏合劑本身,如常見的膠合失效、黏合劑從修復補丁或者修復表層剝落,也就是黏合失效。 需要指出的是,盡管黏合連接修復領域的研究已經聚焦在膠合失效上,實際中還是很可能存在膠合失效而沒有黏合修復成功。例如,如果黏合劑沒有被充分處理,這可能是由于沒有達到適當的處理溫度。導致的黏合連接失效主要在于膠合,沒有正確處理的黏合劑將會脫落,因而失效原因還是在其自身。因此,如果將黏合劑恰當處理并充分發揮其性能的情況下膠合失效,這樣黏合失效就往往是由于黏合修復表層未達到充分的黏合所造成,焦點直指表層預處理環節。

環保碳纖維滾筒

    

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