碳纖維復(fù)合材料壓力容器裂紋修復(fù)補強

區(qū)別于傳統(tǒng)管道修復(fù)中采用的“補焊”、“補板”等“打補丁”方法，采用真空輔助固化技術(shù)、無需動火的復(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、補強的作用。碳纖維熱膨脹系數(shù)與鋼極為接近，服役壽命長。應(yīng)用于鋼制容器和儲罐修復(fù)，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)起到強度增強、疲勞修復(fù)、屈曲修復(fù)等作用，可用于表面局部修復(fù)，如儲罐、容器等表面缺陷修復(fù)。

與傳統(tǒng)的機械修補方法(鉚接、焊接、螺接)相比，碳纖維復(fù)合材料真空修補技術(shù)具有明顯的優(yōu)點：(1)復(fù)合材料比強度、比模量高，膠接修補后的結(jié)構(gòu)增重小。(2)復(fù)合材料可設(shè)計性強,可根據(jù)使用要求和受力狀況進行材料的鋪層設(shè)計。(3)復(fù)合材料可以對表面形狀復(fù)雜的部位采用膠接固化工藝進行原位修補。對復(fù)雜曲面,復(fù)合材料補丁修補比傳統(tǒng)的機械修補更容易實施,而且修補后補丁與母體粘合緊密,基本保持原有結(jié)構(gòu)外形。(4)復(fù)合材料補丁膠接修補能提高損傷區(qū)的剛度、靜強度,減小裂紋尖端應(yīng)力強度因子,貼補膠接修補不需要對原結(jié)構(gòu)開孔,不會形成新的應(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)修補時間短、成本低。(6)修補所需設(shè)備簡單,主要有修補工具包、真空泵等設(shè)備。(7)無需動火，安全可靠。

碳纖維復(fù)合材料補丁修補技術(shù)

復(fù)合材料補丁膠接修補，對膠粘劑的選擇、材料與被修復(fù)構(gòu)件的相匹配，被修結(jié)構(gòu)的表面處理和修補固化工藝及施工工藝保障等是關(guān)鍵技術(shù)。

膠粘劑是實現(xiàn)補丁止裂作用的中間媒介，對膠粘劑的選擇至關(guān)重要。應(yīng)根據(jù)修補結(jié)構(gòu)的實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(少數(shù)雙組分膠粘劑可用于熱膠接固化修補);另一類是膜狀膠粘劑(膠膜),用于熱膠接固化修補。

復(fù)合材料補丁與被修金屬構(gòu)件的匹配性：復(fù)合材料補丁應(yīng)在盡量低的溫度下固化,并能與膠粘劑的固化溫度一致;補丁熱膨脹系數(shù)應(yīng)與母體材料的相匹配。國外大多采用硼/環(huán)氧復(fù)合材料補丁對損傷金屬結(jié)構(gòu)進行膠接修補。因為硼/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)氧補丁,價格相對便宜。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。

被修補結(jié)構(gòu)的表面處理：指膠接之前,通過機械方法去除結(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度和耐久性。目前常用的簡單表面處理方法是表面機械打磨后涂硅烷偶聯(lián)劑。表面機械打磨要求至少達(dá)到St3級。

真空輔助固化工藝：復(fù)合材料補丁修復(fù)儲罐技術(shù)采用的固化工藝是“真空輔助固化工藝”。

修補固化的主要控制因素是壓力、溫度和時間。由于被修補部位與周圍機體結(jié)構(gòu)組成了一個復(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修補區(qū)提供連續(xù)的溫度和壓力保障。

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