船用大厚度夹芯复合材料构件的修复方法与流程

1.本发明涉及船用夹芯复合材料修复方法技术领域，具体涉及一种船用大厚度夹芯复合材料构件的修复方法。


背景技术：

2.随着武器装备轻量化的需求，舰船上的构件将大量采用轻质夹芯复合材料，舰船在服役过程中，这些大厚度的夹芯复合材料构件可能会遭受工具或外来物的冲击或者撞击，对夹芯结构造成损伤，需根据损伤的程度进行适当合理的修复，并评估修复的效果。传统的修复方法主要采用手糊成型工艺进行修补，采用目视法观察修补区域质量。手糊成型的复合材料缺陷多，成型质量差异大，强度比真空成型差，不适用于现代舰船的高质量要求，该修补区域容易再次形成损伤，没有达到修补的目的。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种船用大厚度夹芯复合材料构件的修复方法，该方法修复的构件在外观和强度上与原构件基本相当，提高了装备的使用寿命，降低了返厂维修的成本。
4.本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
5.一种船用大厚度夹芯复合材料构件的修复方法，包括以下步骤：
6.s1、缺陷评估：确定缺陷发生区域及缺陷类型，根据缺陷发生区域和缺陷类型评估损伤等级；
7.所述缺陷发生区域包括复合材料上蒙皮位置、芯材位置、复合材料下蒙皮位置；所述缺陷类型包括油漆脱落、蒙皮损伤、芯材损伤；所述损伤等级包括：
8.轻微损伤ⅰ：表层油漆、防污漆损伤；
9.较轻损伤ⅱ：复合材料上蒙皮损伤；
10.较严重损伤ⅲ：芯材或复合材料下蒙皮损伤，且支撑骨架未发生损伤；
11.严重损伤ⅳ：支撑骨架损伤；
12.s2、缺陷修复方案的确定：根据损伤等级，形成缺陷修复方案；不同的损伤等级对应的缺陷修复方案如下：
13.轻微损伤ⅰ：对损伤表面打磨清洁，采用原牌号油漆，按照船厂油漆喷涂工艺，喷涂修补；
14.较轻损伤ⅱ：确定损伤位置及深度，对伤损位置复合材料打磨清理后，再使用相同规格型号的纤维、树脂进行真空袋压修复；
15.较严重损伤ⅲ：损伤深度涉及到芯材时，需对上蒙皮和芯材同时进行修复，使用相同规格型号的芯材，在芯材上开导流槽和导流孔，便于树脂导流且增加芯材与蒙皮的粘接强度，再使用与上蒙皮相同规格型号的纤维、树脂，依据原铺层方法铺设原材料，对该区域进行真空袋压修复；损伤深度涉及到下蒙皮时，需对上蒙皮、芯材和下蒙皮同时进行修复，
使用相同规格型号的芯材，在芯材上开导流槽和导流孔，再使用与上蒙皮和下蒙皮相同规格型号的纤维、树脂，依据原铺层方法铺设原材料，对该区域进行真空袋压修复；
16.严重损伤ⅳ：将支撑骨架变形区域复合材料全部去除，将支撑骨架部分矫正，支撑骨架修复完成后，对拆除的复合材料部分进行真空袋压修复。
17.s3、原材料的准备：准备与受损复合材料构件相同牌号的制备原材料；
18.s4、修复：根据不同缺陷的不同修复方案，对受损复合材料构件进行修复；
19.s5、修复效果检验：采用专业仪器对修复效果进行检测，若检测合格则完成修复；若检测不合格则重复步骤s1
‑
s4，直至检测合格为止。
20.上述方案中，所述真空袋压修复的步骤包括：
21.(1)缺陷部位的打磨，确定缺陷数量，缺陷之间间隔、缺陷深度及尺寸，制定损伤位置复合材料打磨方案，并按照打磨方案将缺陷位置及周边进行打磨；
22.(2)表面处理，使用吸尘器将灰尘及杂质清理干净，使用丙酮或者酒精清洗缺陷位置，使用吹风机将丙酮或者酒精吹干；
23.(3)铺敷纤维布或者纤维布及芯材，准备真空辅料、真空泵和真空表，搭建真空；
24.(4)真空验漏，合格后先进行凝胶试验，根据凝胶试验结果进行树脂调配；
25.(5)真空成型抽胶；
26.(6)固化，温度较低情况下可进行加热固化；
27.(7)真空辅材脱模，并打磨修整。
28.上述方案中，所述真空袋压修复步骤(1)中的打磨方案包括：
29.对于连续性缺陷，打磨时，按照能覆盖全部缺陷的最小尺寸进行打磨，由缺陷部位向蒙皮表面打斜坡；
30.对于非连续性缺陷，分为三种情况：
31.(a)相距较远的非连续性缺陷，彼此互不影响修补的基础上按照连续性缺陷的打磨方式对每个缺陷进行打磨；
32.(b)相距较近的同深度非连续性缺陷，将两个或两个以上非连续性缺陷合并进行维修，将损伤处的复合材料按照能覆盖多个缺陷的最小尺寸进行打磨，打磨深度大于最深缺陷两层纤维布，再由缺陷部位向蒙皮表面打斜坡，由两个或两个以上非连续性缺陷分别向蒙皮打磨斜坡；
33.(c)相距较近的不同深度非连续性缺陷，先按照深度较深的缺陷进行打磨，当两个或两个以上非连续性缺陷打磨斜坡重叠的方向重合时，将重叠部分的蒙皮材料全部打磨掉；
34.所述相距较远是指间距大于缺陷深度，所述相距较近是指间距小于缺陷深度。
35.上述方案中，打磨的斜坡角度为10
°
～15
°
。
36.上述方案中，所述真空袋压修复的步骤(3)中，针对较轻损伤ⅱ的具体工艺为：按原设计铺层铺设纤维布和真空辅材，检验真空度和验漏合格后进行真空树脂灌注成型；
37.针对较严重损伤ⅲ的具体工艺为：按原设计铺层铺设纤维布、芯材和真空辅材，其中芯材需加工导流槽和导流孔，便于真空成型时树脂的导流，检验真空度和验漏合格后进行真空树脂灌注成型；
38.针对严重损伤ⅳ的具体工艺为：支撑骨架修复完成后在钢骨架内部填充真空成型
用阳模模具，按原设计铺层铺设纤维布、芯材和真空辅材，其中芯材需加工导流槽和导流孔，便于真空成型时树脂的导流，检验真空度和验漏合格后进行真空树脂灌注成型。
39.上述方案中，所述真空袋压修复的步骤(4)中，修复用成型树脂的配方中，促进剂与稀释剂的含量可以根据环境温度进行调整，直至满足凝胶试验的需求；其余组分的含量与原材料相同。
40.上述方案中，步骤s5中，采用专业仪器对修复效果进行检测包括，采用无损探伤仪检测内部成型质量，采用巴氏硬度仪测量表面硬度；制备无缺陷标准板，通过标准板对无损探伤仪的测量校准后检测修复区域，修复区域内部缺陷数量和尺寸应不低于产品要求；采用巴氏硬度仪对比修复区域硬度和完好区域硬度，修复区域硬度为完好区域硬度的90％以上即为合格。
41.上述方案中，步骤s2中，对于严重损伤ⅳ，复合材料去除区域为距离变形部分200mm位置所有复合材料。
42.本发明的有益效果在于：
43.本发明的修复方法首先观察损伤部位，采用目视法或者无损检测设备对缺陷进行评估，便于精确确定损伤区域缺陷的尺寸、位置、个数；针对缺陷的不同，对缺陷进行分级，方便现场操作人员进行区分和操作，不同缺陷等级制定不同的修复方案，便于形成该复合材料构件损伤修复时工艺规范；方案确定后完成对原材料的准备，存在较轻损伤ⅱ、较严重损伤ⅲ和严重损伤ⅳ时，需采用真空成型修复，采用真空袋压法修复船用大厚度夹芯复合材料构件，保证了修复后的构件强度及内部质量。其中较严重损伤ⅲ和严重损伤ⅳ，为了增加导流效果，对原材料芯材加工导流槽和导流孔，提高真空成型过程中树脂的导流效果，增加纤维与芯材的界面粘接性能；修补完成后，采用无损探伤仪和巴氏硬度计验证损伤修复效果，确保修补的有效性。
44.采用本发明方法修复船用大厚度夹芯复合材料构件，进船坞检修时即可施工，增加了构件的使用寿命，降低成本。
附图说明
45.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
46.图1是本发明船用大厚度夹芯复合材料构件的修复方法的工艺流程图。
具体实施方式
47.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
48.如图1所示，为本发明提供的一种船用大厚度夹芯复合材料构件的修复方法，包括以下步骤：
49.s1、缺陷评估：确定缺陷发生区域及缺陷类型，根据缺陷发生区域和缺陷类型评估损伤等级；
50.所述缺陷发生区域包括复合材料上蒙皮位置、芯材位置、复合材料下蒙皮位置；所述缺陷类型包括油漆脱落、蒙皮损伤、芯材损伤；所述损伤等级包括：
51.轻微损伤ⅰ：表层油漆、防污漆损伤；
52.较轻损伤ⅱ：复合材料上蒙皮损伤；
53.较严重损伤ⅲ：芯材或复合材料下蒙皮损伤，且支撑骨架未发生损伤；
54.严重损伤ⅳ：支撑骨架损伤。
55.s2、缺陷修复方案的确定：根据损伤等级，形成缺陷修复方案；不同的损伤等级对应的缺陷修复方案如下：
56.轻微损伤ⅰ：对损伤表面打磨清洁，采用原牌号油漆，按照船厂油漆喷涂工艺，喷涂修补；
57.较轻损伤ⅱ：采用无损探伤仪或者目视法确定损伤位置及深度，对伤损位置复合材料打磨清理后，再使用与复合材料上蒙皮相同规格型号的纤维、树脂进行真空袋压修复；
58.较严重损伤ⅲ：损伤深度涉及到芯材时，需对上蒙皮和芯材同时进行修复，使用相同规格型号的芯材，在芯材上开导流槽和导流孔，便于树脂导流且增加芯材与蒙皮的粘接强度，再使用与上蒙皮相同规格型号的纤维、树脂，依据原铺层方法铺设原材料，对该区域进行真空袋压修复；损伤深度涉及到下蒙皮时，需对上蒙皮、芯材和下蒙皮同时进行修复，使用相同规格型号的芯材，在芯材上开导流槽和导流孔，再使用与上蒙皮和下蒙皮相同规格型号的纤维、树脂，依据原铺层方法铺设原材料，对该区域进行真空袋压修复。
59.严重损伤ⅳ：将支撑骨架变形区域复合材料全部去除，将支撑骨架部分矫正(对附近完好位置的复合材料进行降温保护)，支撑骨架修复完成后，对拆除了的复合材料部分进行真空袋压修复。
60.s3、原材料的准备：准备与受损复合材料构件相同牌号的制备原材料，包括油漆、增强纤维布、树脂基体、芯材等。其中，增强纤维布一般采用高强玻璃纤维布、无碱纤维布或者碳纤维布，与原构件增强纤维布牌号相同；树脂基体一般采用不饱和乙烯基酯树脂，与原构件树脂基体牌号相同；芯材一般采用pvc泡沫、聚氨酯泡沫或巴旦木，与原构件的芯材牌号相同。
61.s4、修复：根据不同缺陷的不同修复方案，对受损复合材料构件进行修复。
62.s5、修复效果检验：采用专业仪器对修复效果进行检测，若检测合格则完成修复；若检测不合格则重复步骤s1
‑
s4，直至检测合格为止。所述专业仪器包括，采用无损探伤仪检测内部成型质量，采用巴氏硬度仪测量表面硬度；制备无缺陷标准板，通过标准板对无损探伤仪的测量校准后检测修复区域，修复区域内部缺陷数量和尺寸应不低于产品要求；采用巴氏硬度仪对比修复区域硬度和完好区域硬度，修复区域硬度为完好区域硬度的90％以上即为合格。
63.上述方法中，步骤s2所采用的真空袋压修复的步骤包括：
64.(1)缺陷部位的打磨，确定缺陷数量，缺陷之间间隔、缺陷深度及尺寸，制定损伤位置复合材料打磨方案，并按照打磨方案将缺陷位置及周边进行打磨。对于连续性缺陷，打磨时，按照能覆盖全部缺陷的最小尺寸进行打磨，由缺陷部位向蒙皮表面打斜坡(斜坡角度为10
°
～15
°
)。对于非连续性缺陷，分为三种情况：
65.(a)相距较远(间距大于缺陷深度)的非连续性缺陷，彼此互不影响修补的基础上按照连续性缺陷的打磨方式对每个缺陷进行打磨；
66.(b)相距较近(间距小于缺陷深度)的同深度非连续性缺陷，将两个或两个以上非连续性缺陷合并进行维修，将损伤处的复合材料按照能覆盖多个缺陷的最小尺寸进行打
磨，打磨深度大于最深缺陷两层纤维布，再由缺陷部位向蒙皮表面打斜坡，由两个或两个以上非连续性缺陷分别向蒙皮打磨斜坡(斜坡角度为10
°
～15
°
)；
67.(c)相距较近的不同深度非连续性缺陷，先按照深度较深的缺陷进行打磨，当两个或两个以上非连续性缺陷打磨斜坡重叠的方向重合时，将重叠部分的蒙皮材料全部打磨掉；
68.(2)表面处理，使用吸尘器将灰尘及杂质清理干净，使用丙酮或者酒精清洗缺陷位置，使用吹风机将丙酮或者酒精吹干；
69.(3)铺敷纤维布或者纤维布及芯材，准备真空辅料(包括进胶管、出胶管、三通、脱模布、导流网、喷胶)、真空泵和真空表，搭建真空。针对较轻损伤ⅱ的具体工艺为按原设计铺层铺设纤维布和真空辅材，检验真空度和验漏合格后进行真空树脂灌注成型；针对较严重损伤ⅲ的具体工艺为：按原设计铺层铺设纤维布、芯材和真空辅材等，其中芯材需加工导流槽和导流孔，便于真空成型时树脂的导流，检验真空度和验漏合格后进行真空树脂灌注成型；针对严重损伤ⅳ的具体工艺为：钢骨架校正完成后需在钢骨架内部填充真空成型用阳模模具，按原设计铺层铺设纤维布、芯材和真空辅材等，其中芯材需加工导流槽和导流孔，便于真空成型时树脂的导流，检验真空度和验漏合格后进行真空树脂灌注成型。
70.(4)真空验漏，合格后先进行凝胶试验，根据凝胶试验结果进行树脂调配。进行凝胶试验时，促进剂与稀释剂的含量可以根据环境温度进行调整，直至满足凝胶试验的需求；其余组分的含量与原材料相同。本实施例中，成型树脂配方为：
[0071][0072][0073]
(5)真空成型抽胶；
[0074]
(6)固化，温度较低情况下可进行加热固化；
[0075]
(7)真空辅材脱模，并打磨修整。
[0076]
采用本发明方法修复船用大厚度夹芯复合材料构件，进船坞检修时即可施工，增加了构件的使用寿命，降低成本。
[0077]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0078]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。