碳纖維復(fù)合材料壓力容器裂紋修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)
區(qū)別于傳統(tǒng)管道修復(fù)中采用的“補(bǔ)焊”、“補(bǔ)板”等“打補(bǔ)丁”方法，采用真空輔助固化技術(shù)、無(wú)需動(dòng)火的復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)，將碳纖維布直接粘貼于待修復(fù)區(qū)域，起止漏、補(bǔ)強(qiáng)的作用。碳纖維熱膨脹系數(shù)與鋼極為接近，服役壽命長(zhǎng)。應(yīng)用于鋼制容器和儲(chǔ)罐修復(fù)，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)起到強(qiáng)度增強(qiáng)、疲勞修復(fù)、屈曲修復(fù)等作用，可用于表面局部修復(fù)，如儲(chǔ)罐、容器等表面缺陷修復(fù)。
與傳統(tǒng)的機(jī)械修補(bǔ)方法(鉚接、焊接、螺接)相比，碳纖維復(fù)合材料真空修補(bǔ)技術(shù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：(1)復(fù)合材料比強(qiáng)度、比模量高，膠接修補(bǔ)后的結(jié)構(gòu)增重小。(2)復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性強(qiáng),可根據(jù)使用要求和受力狀況進(jìn)行材料的鋪層設(shè)計(jì)。(3)復(fù)合材料可以對(duì)表面形狀復(fù)雜的部位采用膠接固化工藝進(jìn)行原位修補(bǔ)。對(duì)復(fù)雜曲面,復(fù)合材料補(bǔ)丁修補(bǔ)比傳統(tǒng)的機(jī)械修補(bǔ)更容易實(shí)施,而且修補(bǔ)后補(bǔ)丁與母體粘合緊密,基本保持原有結(jié)構(gòu)外形。(4)復(fù)合材料補(bǔ)丁膠接修補(bǔ)能提高損傷區(qū)的剛度、靜強(qiáng)度,減小裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子,貼補(bǔ)膠接修補(bǔ)不需要對(duì)原結(jié)構(gòu)開孔,不會(huì)形成新的應(yīng)力集中源,有利于提高結(jié)構(gòu)的損傷容限和抗疲勞性能。(5)修補(bǔ)時(shí)間短、成本低。(6)修補(bǔ)所需設(shè)備簡(jiǎn)單,主要有修補(bǔ)工具包、真空泵等設(shè)備。(7)無(wú)需動(dòng)火，安全可靠。
碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)丁修補(bǔ)技術(shù)
復(fù)合材料補(bǔ)丁膠接修補(bǔ)，對(duì)膠粘劑的選擇、材料與被修復(fù)構(gòu)件的相匹配，被修結(jié)構(gòu)的表面處理和修補(bǔ)固化工藝及施工工藝保障等是關(guān)鍵技術(shù)。
膠粘劑是實(shí)現(xiàn)補(bǔ)丁止裂作用的中間媒介，對(duì)膠粘劑的選擇至關(guān)重要。應(yīng)根據(jù)修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的實(shí)際承力水平和使用環(huán)境選擇既具有良好的抗疲勞性能，又具有較高的剪切、剝離強(qiáng)度,良好的耐介質(zhì)和耐濕熱老化性能的膠粘劑。復(fù)合材料膠接修補(bǔ)所用的膠粘劑主要有兩大類:一類是雙組分膠粘劑,主要用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的室溫固化修補(bǔ)(少數(shù)雙組分膠粘劑可用于熱膠接固化修補(bǔ));另一類是膜狀膠粘劑(膠膜),用于熱膠接固化修補(bǔ)。
復(fù)合材料補(bǔ)丁與被修金屬構(gòu)件的匹配性：復(fù)合材料補(bǔ)丁應(yīng)在盡量低的溫度下固化,并能與膠粘劑的固化溫度一致;補(bǔ)丁熱膨脹系數(shù)應(yīng)與母體材料的相匹配。國(guó)外大多采用硼/環(huán)氧復(fù)合材料補(bǔ)丁對(duì)損傷金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行膠接修補(bǔ)。因?yàn)榕?環(huán)氧復(fù)合材料成本較高,加工較困難,故在常規(guī)工業(yè)修復(fù)上，采用碳/環(huán)氧補(bǔ)丁,價(jià)格相對(duì)便宜。碳/環(huán)氧復(fù)合材料在航空工業(yè)中早已有廣泛應(yīng)用,適合于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)。
被修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的表面處理：指膠接之前,通過機(jī)械方法去除結(jié)構(gòu)表面影響結(jié)合力的氧化層、污染物增加機(jī)械結(jié)合面;或通過化學(xué)方法在結(jié)構(gòu)表面有控制地沉積一層均勻的特種氧化物或在膠接面形成化學(xué)鍵,使經(jīng)過處理的結(jié)構(gòu)表面具有高的表面能,從而獲得較高的膠接強(qiáng)度和耐久性。目前常用的簡(jiǎn)單表面處理方法是表面機(jī)械打磨后涂硅烷偶聯(lián)劑。表面機(jī)械打磨要求至少達(dá)到St3級(jí)。
真空輔助固化工藝：復(fù)合材料補(bǔ)丁修復(fù)儲(chǔ)罐技術(shù)采用的固化工藝是“真空輔助固化工藝”。
修補(bǔ)固化的主要控制因素是壓力、溫度和時(shí)間。由于被修補(bǔ)部位與周圍機(jī)體結(jié)構(gòu)組成了一個(gè)復(fù)雜的熱導(dǎo)體,而且結(jié)構(gòu)形式多樣,因此,需通過專用真空泵、配套材料以及特配工具對(duì)修補(bǔ)區(qū)提供連續(xù)的溫度和壓力保障。
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