CN115609972A - 一种复合材料的表面预处理-修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料的表面预处理‑修复方法，属于复合材料表面处理技术领域，用于解决现有的复合材料胶接修复工艺的机械挖除易对复合材料表面造成二次损伤，修复后的复合材料的界面结合强度较低；胶接修复工艺固化时间长的问题。包括：采用紫外激光扫描复合材料的损伤部位，将复合材料的损伤部位去除；对步骤1处理后的复合材料进行清洗；采用低温等离子体活化胶接界面；铺贴胶膜，刮平；然后铺贴补片，刮平压实，然后进行封装；加热固化，固化阶段采用超声辐射进行辅助固化；加热固化完成，对修复区域进行打磨抛光。本发明的复合材料的表面预处理‑修复方法修复的复合材料的界面拉剪强度明显提高；且缩短了固化时间。

Description

一种复合材料的表面预处理-修复方法

技术领域

本发明属于复合材料表面修复技术领域，尤其涉及一种复合材料的表面预处理-修复方法。

背景技术

先进树脂基复合材料具有比强度高、比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、尺寸稳定性好、可实现结构/功能一体化以及便于大面积整体成形等诸多优点，在航天器、飞机、舰船、高速列车、汽车等领域的应用迅速增加，并部分取代了铝合金、钢铁，成为装备结构材料中发展最为迅速的先进材料之一。

阻碍先进复合材料进一步应用的主要问题之一是复合材料结构损伤的修理问题。机械冲击是造成复合材料损伤的主要形式之一。抗冲击性能差是树脂基复合材料固有的不足。在遭受机械冲击时，金属材料可以通过塑性变形和弹性变形来吸收能量，从而避免裂纹的萌生和扩展。而树脂基复合材料的层间剪切强度通常只有数十兆帕，远低于层内的性能，加之复合材料延展性差，因此，受到机械冲击后极易形成损伤。复合材料的损伤形式通常表现为分层、纤维断裂、破损、洞穿等。

复合材料胶接修复工艺具有不会形成新的应力集中、不会明显增加结构重量、修复后抗疲劳性能较好等优势，是复合材料结构损伤修理技术研究的重点。目前，国内在飞机等装备复合材料损伤和缺陷的维修中主要沿用传统的工艺方法，即采用机械打磨加工和预处理，然后采用挖补或贴补方法进行预浸料粘贴、封装，最后采用复合材料热补仪进行加热固化。胶接修复界面的粘接强度直接影响粘接修复的质量。现有的复合材料胶接修复工艺由于采用机械挖除法，机械挖除极易对复合材料表面造成二次损伤，对修复后的强度也造成一定的损伤，修复后的复合材料的界面结合强度较低；且固化时间较长，修复效率低。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明提出的一种复合材料的表面预处理-修复方法，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有的复合材料胶接修复工艺的机械挖除极易对复合材料表面造成二次损伤，对修复后的强度也造成一定的损伤，修复后的复合材料的界面结合强度较低；(2)现有的复合材料胶接修复工艺固化时间长。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种复合材料的表面预处理-修复方法，包括：

步骤1、采用紫外激光扫描复合材料的损伤部位，将复合材料的损伤部位去除；

步骤2、对步骤1处理后的复合材料进行清洗；

步骤3、采用低温等离子体活化胶接界面；

步骤4、铺贴胶膜，刮平；然后根据损伤区域尺寸铺贴补片，刮平压实，然后进行封装；

步骤5、加热固化，固化阶段采用超声辐射进行辅助固化；

步骤6、加热固化完成，对修复区域进行打磨抛光。

进一步的，还包括步骤7、采用超声波无损检测仪进行检测，判断有无分层或缺胶缺陷，如果有分层或缺胶缺陷，则重复步骤1-步骤6，如果没有分层或缺胶缺陷，则完成修复工作。

进一步的，所述步骤1中，紫外激光的波长为355nm。

进一步的，所述步骤1中，紫外激光的功率为10～15w，光斑直径20μm，脉宽10ps，扫描速度1500～2000mm/s。

进一步的，所述步骤2中，使用超声波清洗机对复合材料进行清洗。

进一步的，所述步骤3中，采用低温等离子体活化胶接界面的步骤为：采用低温等离子体表面处理设备，等离子枪的喷嘴距离工件5～8cm，光斑移动速度3～5cm/s。

进一步的，所述步骤4中，等离子处理后应在1min内铺贴胶膜。

进一步的，所述步骤4中，封装的步骤包括：在补片的上方依次铺覆脱模布、加热毯、透气毡、真空袋。

进一步的，所述步骤5中，加热固化前还包括在临近待修复区域的平整位置，涂抹超声波耦合剂，将超声波振动头放置在上面，调整至完全贴合。

进一步的，所述步骤5中，加热固化的步骤包括：打开复合材料热补仪进行加热固化，抽真空，当温度达到对应粘度最低的保温平台时，进行超声波辐照，5～10min后关闭超声振动开关。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明的复合材料的表面预处理-修复方法中采用激光去除法将复合材料的损伤部位去除，紫外激光不对复合材料的表面造成损伤，使后续胶接过程中胶粘剂能够直接与碳纤维接触提高粘接效果。

(2)本发明的复合材料的表面预处理-修复方法中首先采用激光去除复合材料表层的机械损伤层，不对界面处碳纤维造成损伤，能够不破坏界面处碳纤维的特性，如纤维长度、强度等，为低温等离子体活化提供完整的界面条件；然后采用低温等离子体活化胶接界面，可以有效提高胶接面的粗糙度、增大表面活性、增加含氧活性官能团，可以提高胶接界面化学键的比例，同时保证粗糙度、活性官能团、化学键比例的分布均匀性，从而更好地改善维修母体与补片的界面结合强度与最终维修效果。

(3)本发明的复合材料的表面预处理-修复方法中固化阶段采用超声波辐照，超声波辐照作用在液体树脂中，可以使气泡破裂，同时产生高温、高压，达到均化共混体系、降低树脂粘度、降低接触角，达到改善树脂与纤维浸润性能，提高粘接强度，缩短固化时间(由现有的150min减少至130min)。

(4)采用本发明的方法修复的复合材料的补片、母板、胶膜之间的界面拉剪强度达到37Mpa左右，比现有的单独砂纸打磨的强度26.3Mpa，提高了40％以上；并且复合材料的补片、母板、胶膜之间的界面剪切强度的均匀性更好，大大提高修复质量。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为待修复的复合材料的结构示意图；

图2为损伤部位机械挖除后的形貌；

图3为紫外激光挖除后的界面形貌图；

图4为封装后的示意图；

图5为修复过程中超声波的传播示意图；

图6为修复复合材料的装置的结构简图。

附图标记

1-补片，2-母板，3-胶膜，4-待修复区，5-脱模布，6-加热毯，7-透气毡，8-真空袋，9-真空嘴，10-真空表，11-测温组件，12-电脑显示器，13-PLC控制单元，14-超声波控制器，15-超声波换能器，16-真空压力传感器，17-真空泵，18-加热控制器，19-抽真空接头。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

目前，复合材料结构损伤大多采用胶接修复工艺进行修理，胶接修复工艺包括贴补和挖补两种修理方式，以挖补修理为例，挖补修理一般先将损伤部位挖除，然后依次贴胶膜、补片进行修补。挖补修理能够很好的恢复构件的气动外形、基本不会产生修补应力，也不存在载荷偏心，是目前复合材料结构修理中普遍采用的修理方法。如图1所示为待修复的复合材料的结构示意图，胶膜3位于复合材料的补片1和母板2之间，胶膜3一般承受剪切和横向的拉压载荷，其失效模式为剥离失效和剪切失效。挖补修理希望发挥母板2、胶膜3和补片1的承载能力，使修理结构的整体性能得到最大程度的恢复。在修补过程中，母板2、胶膜3和补片1之间的粘接强度直接影响到整个挖补修理效果。目前复合材料结构损伤部位的挖除一般采用机械方法将损伤部位加工成具有一定长厚比的锥形斜坡，并一定程度上实现胶接面的粗化，此过程极易对复合材料表面造成二次损伤，对修复后的强度也造成一定的损伤。如图2所示为损伤部位机械挖除后的形貌，由图可见，表面的树脂已经被打磨掉，内部的碳纤维裸露出来，并且发生了多处断裂损伤，同时表面残留有较多的树脂碎屑颗粒。这是因为在机械方法挖除损伤部位的过程中由于外力的不可控性，在去除表面树脂的同时也会导致内部的碳纤维很容易受到破坏，且有较大的树脂碎屑产生，这些树脂残渣和受损纤维都将大大影响粘接修复强度。

本发明公开了一种复合材料的表面预处理-修复方法，包括：采用激光去除复合材料的损伤部位；采用低温等离子体活化胶接界面；预浸料进行粘接修复时，固化阶段采用超声波辐照辅助固化。

具体的，上述复合材料的表面预处理-修复方法包括：

步骤1、采用紫外激光扫描复合材料的损伤部位，将复合材料的损伤部位去除；

步骤2、对步骤1处理后的复合材料进行清洗；

步骤3、采用低温等离子体活化胶接界面；

步骤4、铺贴胶膜3，刮平；然后根据损伤区域尺寸铺贴补片1，刮平压实，然后进行封装；

步骤5、加热固化，固化阶段采用超声波辐照进行辅助固化；

步骤6、固化完成，对修复区域进行打磨抛光；

步骤7、采用超声波无损检测仪进行检测，完成修复工作。

具体的，上述复合材料为树脂基复合材料。

具体的，上述步骤1中，如图1所示，将损伤部位挖成圆楔形或圆形阶梯盲孔，考虑到挖除角度过大虽然可以减小胶膜层的应力集中现象，但此时胶膜层更倾向于拉伸状态而非剪切状态，此时胶膜极易发生脱粘现象，使得补片与母板脱离，补片失去承载能力，大大降低接头的拉伸强度，角度过小倾向于母板断裂失效，因此控制挖除角度约为3～6°。

具体的，由于紫外激光具有选择性消融的特点，能够有效去除复合材料表层的损伤部位，露出内部的碳纤维，紫外激光不对界面处碳纤维造成损伤，使后续胶接过程中胶粘剂能够直接与碳纤维接触提高粘接效果，因此，上述步骤1中，采用紫外激光去除复合材料表层的损伤部位。图3所示为紫外激光去除复合材料表层的损伤部位后的界面的形貌图，可见紫外激光去除复合材料表层的损伤部位后的界面的碳纤维基本不发生损伤。

具体的，上述步骤1中，紫外激光的波长为355nm。

具体的，上述步骤1中，紫外激光的功率为10～15w，光斑直径20μm，脉宽10ps，扫描速度1500～2000mm/s。

具体的，上述步骤2中，可以利用超声波清洗机对复合材料进行清洗以去除吸附在复合材料表面的碎屑和油污。具体的，清洗时以工业用乙醇为介质。

具体的，上述步骤2中，考虑到清洗时间过长浪费时间和能源，清洗时间过短，清洗效果较差，因此，控制清洗时间为10～20min。

具体的，上述步骤3中，采用低温等离子体活化胶接界面的步骤为：采用开放式低温等离子体表面处理设备，功率30W，等离子枪的喷嘴距离工件5～8cm，光斑移动速度3～5cm/s，扫描1～2遍。

具体的，上述步骤3中，考虑到等离子枪的喷嘴距离工件的距离过大活化效果减弱；过小存在产生表面烧损的可能；因此，控制功率30W，等离子枪的喷嘴距离工件5～8cm，光斑移动速度3-5cm/s，扫描1～2遍。

具体的，上述步骤4中，考虑到低温等离子体处理后的活化层易吸附空气中水分，易被氧化而降低活性，因此需要尽快铺贴胶膜，时间控制在1min内。

具体的，上述步骤4中，如图4所示，封装的步骤包括：在补片1的上方依次铺覆脱模布5、加热毯6、透气毡7、真空袋8。

具体的，上述步骤5中，加热固化前还包括在临近待修复区4(即损伤区域)的平整位置，涂抹超声波耦合剂，将超声波振动头放置在上面，调整至完全贴合。具体的，涂抹超声波耦合剂的位置距离待修复区的边缘距离小于0.5mm。示例性的，涂抹超声波耦合剂的位置距离待修复区的边缘距离为0。

具体的，上述步骤5中，当待修复区域较大时，可在原超声波振动头的对角位置加放一个超声波振动头，保证超声辐照均匀。

具体的，上述步骤5中，采用超声波辐照辅助修复复合材料的原理在于，超声空化效应可以产生局部高温、高压和强烈的冲击波和微射流，使超声波同时兼具强烈的分散、粉碎、活化等多重作用。超声波辐照作用在液体树脂中，可以使气泡破裂，同时产生高温、高压，达到均化共混体系、降低树脂粘度、降低接触角，达到改善树脂与纤维浸润性能，提高粘接强度，缩短固化时间的目的。

需要说明的是，上述步骤5中，加热固化采用的装置为复合材料修补仪，加热固化的工艺参数设定的原则是：根据所使用的补片的树脂的类型制定加热固化工艺。根据粘温曲线在粘度最低点对应的温度设定保温平台，保温平台时间通常为5～10min，与超声波辐照时间一致。

需要说明的是，上述步骤5中，加热固化的步骤包括：打开复合材料热补仪的加热开关进行加热固化，打开抽真空开关进行抽真空，当温度达到对应粘度最低的保温平台时，打开超声振动开关，进行超声波辐照，5～10min后关闭超声振动开关。

需要说明的是，上述步骤5中，超声波振动头选用纵波探头。探头功率100W，频率28KHz。

需要说明的是，上述步骤6中，打磨抛光采用目数≤120目的砂纸，打磨抛光的目的是去除多余胶瘤并使修复区域边缘光滑过渡。

需要说明的是，上述步骤7中，采用超声波无损检测仪进行检测，判断有无分层、缺胶等缺陷，如果有分层或缺胶等缺陷，则需要重复步骤1-步骤6，如果没有分层、缺胶等缺陷，则完成修复工作。

与现有技术相比，本发明的复合材料的表面预处理-修复方法中采用激光去除法将复合材料的损伤部位去除，紫外激光不对复合材料的表面造成损伤，使后续胶接过程中胶粘剂能够直接与碳纤维接触提高粘接效果；采用低温等离子体活化胶接界面，可以有效提高胶接面的粗糙度、增大表面活性、增加含氧活性官能团，可以提高胶接界面化学键的比例，改善维修母体与补片的界面结合强度与最终维修效果；固化阶段采用超声波辐照，超声波辐照作用在液体树脂中，可以使气泡破裂，同时产生高温、高压，达到均化共混体系、降低树脂粘度、降低接触角，达到改善树脂与纤维浸润性能，提高粘接强度，缩短固化时间(固化时间由现有的150min减少至130min)。采用本发明的方法修复的复合材料的补片、母板、胶膜之间的界面剪切强度达到37Mpa，比现有的单独砂纸打磨的强度26.3Mpa，提高了40％以上；并且，采用本发明的方法修复的复合材料的补片、母板、胶膜之间的界面剪切强度数值的离散度降低，离散系数降低了66％。

本发明还提供了一种复合材料的表面预处理-修复装置，包括激光器、低温等离子体表面处理设备、超声装置和复合材料热补仪；激光器能够发射激光，用于去除复合材料的的损伤部位；低温等离子体表面处理设备用于向复合材料表面喷射等离子体，实现表面预处理；复合材料的待修复区域位于超声装置的超声波辐照区域内，超声装置为复合材料热补仪对复合材料的待修复区域提供修复时超声波辐照。

具体的，上述激光器能够发射紫外激光，紫外激光的波长为355nm。复合材料的损伤区域采用机械挖除法挖除后，采用紫外激光对挖除后的界面扫描多次，去除由于机械挖除产生的机械损伤层。

具体的，上述低温等离子体表面处理设备，能够在激光扫描后，采用等离子体活化胶接界面。

具体的，上述超声装置包括超声波控制器14和超声波换能器15。

具体的，考虑到复合材料的待修复区域较大时，单个超声波换能器15的超声波施加可能不均匀，因此，控制超声波换能器15的数量为多个，例如数量为2个。

具体的，上述超声波换能器15采用纵波探头，探头功率100W，频率28KHz。

具体的，上述复合材料热补仪包括显示单元、控制单元和抽真空装置；控制单元包括温度控制单元、真空控制单元和超声控制单元。

具体的，温度控制单元包括测温组件11和加热控制器18。

具体的，真空控制单元包括真空压力传感器16。

具体的，显示单元可以为电脑显示器12。

具体的，控制单元可以为PLC控制单元13，PLC控制单元13包括测温组件11、加热控制器18和真空压力传感器16。

具体的，抽真空装置包括真空嘴9、真空表10、真空泵17、真空袋8和抽真空软管及抽真空接头19；真空袋8与抽真空接头19密封连通，抽真空接头19通过抽真空软管与真空泵17连接；PLC控制单元13能够实现以下功能：加热温度、加热时间控制；抽真空及真空度控制；施加超声波及时间控制。

具体的，PLC控制单元13根据真空压力传感器16的检测数据指导抽真空装置抽真空及真空度控制；PLC控制单元13根据测温组件11的检测数据指导加热控制器18工作。

具体的，上述超声波控制器14与PLC控制单元13的超声控制单元连接，超声波控制器14根据超声控制单元的数据指令进行施加超声波及时间控制。

具体的，上述PLC控制单元13还包括电流传感器。

具体的，上述复合材料热补仪还包括脱模布5、加热毯6和透气毡7，脱模布5、加热毯6和透气毡7用于对复合材料的待修复区域进行封装。

具体的，上述测温组件11包括多个热电偶。

与现有技术相比，本发明提供的复合材料的表面预处理-修复装置的有益效果与上述复合材料的表面预处理-修复方法的有益效果一致，在此不再赘述。

实施例1

本实施例提供了一种复合材料的表面预处理-修复方法，包括：

步骤1、采用紫外激光扫描复合材料的损伤部位，将复合材料的损伤部位去除；具体的，将损伤部位挖成圆楔形或圆形阶梯盲孔；其中，紫外激光的波长为355nm，功率为10w，光斑直径20μm，脉宽10ps，扫描速度1500mm/s。

步骤2、利用超声波清洗机对步骤1处理后的复合材料进行清洗以去除吸附在复合材料表面的碎屑和油污；具体的，清洗时以工业用乙醇为介质；

步骤3、采用低温等离子体活化胶接界面：采用开放式低温等离子体表面处理设备，功率30W，等离子枪的喷嘴距离工件6cm，光斑移动速度4cm/s，扫描2遍；

步骤4、在步骤3处理过的胶接界面铺贴胶膜3，刮平；然后根据损伤区域尺寸铺贴补片1，刮平压实，然后进行封装；封装的步骤包括：在补片1的上方依次铺覆脱模布5、加热毯6、透气毡7、真空袋8；

步骤5、加热固化，固化阶段采用超声辐射进行辅助固化；加热固化的步骤包括：打开复合材料热补仪的加热开关进行加热固化，打开抽真空开关进行抽真空，当温度达到对应粘度最低的保温平台时，打开超声振动开关，进行超声波辐照，5～10min后关闭超声振动开关；

步骤6、加热固化完成，对修复区域进行打磨抛光；

步骤7、采用超声波无损检测仪进行检测，无分层、缺胶等缺陷，完成修复工作。

实施例2

本实施例提供了实施上述方法的复合材料的表面预处理-修复装置，如图6所示，包括激光器、低温等离子体表面处理设备、超声装置和复合材料热补仪，超声装置包括超声波控制器14和超声波换能器15，超声装置能够在复合材料热补仪对复合材料的待修复区域进行修复时提供超声波辐照。

具体的，上述复合材料热补仪包括电脑显示器12、PLC控制单元13和抽真空装置，PLC控制单元13包括测温组件11、加热控制器18和真空压力传感器16；抽真空装置包括真空嘴9、真空表10、真空泵17、真空袋8和抽真空软管及抽真空接头19；真空袋8与抽真空接头19连接密封，抽真空接头19通过抽真空软管与真空泵17连接；PLC控制单元13能够实现以下功能：加热温度、加热时间控制；抽真空及真空度控制；施加超声波及时间控制。

具体的，PLC控制单元13根据真空压力传感器16的检测数据指导抽真空装置抽真空及真空度控制；PLC控制单元13根据测温组件11的检测数据指导加热控制器18工作。

具体的，上述超声波控制器14与PLC控制单元13连接，超声波控制器14根据PLC控制单元13的数据指令进行施加超声波及时间控制。

具体的，上述PLC控制单元13还包括电流传感器。

具体的，上述复合材料热补仪还包括脱模布5、加热毯6和透气毡7，脱模布5、加热毯6和透气毡7用于对复合材料的待修复区域进行封装。

具体的，上述测温组件11包括多个热电偶。

具体的，上述超声波换能器15的数量为2个。

具体的，上述超声波换能器15采用纵波探头，探头功率100W，频率28KHz。

具体的，上述电脑显示器12是工业一体机电脑。

具体的，上述激光器能够发射紫外激光。

上述低温等离子体表面处理设备用于对去除了损伤区域的复合材料的界面进行活化。

本发明的发明人经过深入研究进行了多种修复方法实验，但是修复效果均没有上述方法效果好。发明人将自己研究的其中几种修复方法作为对比例，如下：

对比例1

本对比例提供了一种复合材料的修复方法，包括：

步骤1、采用机械挖除法将复合材料的损伤部位挖除；

步骤2、利用超声波清洗机对步骤1处理后的复合材料进行清洗以去除吸附在复合材料表面的碎屑和油污；

步骤3、在步骤2处理过的胶接界面铺贴胶膜3，刮平；然后根据损伤区域尺寸铺贴补片1，刮平压实，然后进行封装；封装的步骤包括：在补片1的上方依次铺覆脱模布5、加热毯6、透气毡7、真空袋8；

步骤4、加热固化，固化阶段未采用超声辐射进行辅助固化；

步骤5、加热固化完成，对修复区域进行打磨抛光，采用超声波无损检测仪进行检测，无分层、缺胶等缺陷，完成修复工作。

对比例2

本对比例提供了一种复合材料的修复方法，包括：

步骤1、采用紫外激光扫描复合材料的损伤部位，将复合材料的损伤部位去除；具体的，将损伤部位挖成圆楔形或圆形阶梯盲孔；其中，紫外激光的波长为355nm，功率为10w，光斑直径20μm，脉宽10ps，扫描速度1500mm/s。

步骤2、利用超声波清洗机对步骤1处理后的复合材料进行清洗以去除吸附在复合材料表面的碎屑和油污；具体的，清洗时以工业用乙醇为介质；

步骤3、采用低温等离子体活化胶接界面：采用开放式低温等离子体表面处理设备，功率30W，等离子枪的喷嘴距离工件6cm，光斑移动速度4cm/s，扫描2遍；

步骤4、在步骤3处理过的胶接界面铺贴胶膜3，刮平；然后根据损伤区域尺寸铺贴补片1，刮平压实，然后进行封装；封装的步骤包括：在补片1的上方依次铺覆脱模布5、加热毯6、透气毡7、真空袋8；

步骤5、加热固化，固化阶段不采用超声辐射进行辅助固化；

步骤6、加热固化完成，对修复区域进行打磨抛光；

步骤7、采用超声波无损检测仪进行检测，无分层、缺胶等缺陷，完成修复工作。

对比例3

本对比例提供了一种复合材料的修复方法，包括：

步骤1、采用紫外激光扫描复合材料的损伤部位，将复合材料的损伤部位去除；具体的，将损伤部位挖成圆楔形或圆形阶梯盲孔；其中，紫外激光的波长为355nm，功率为10w，光斑直径20μm，脉宽10ps，扫描速度1500mm/s。

步骤2、利用超声波清洗机对步骤1处理后的复合材料进行清洗以去除吸附在复合材料表面的碎屑和油污；具体的，清洗时以工业用乙醇为介质；

步骤3、在步骤2处理过的胶接界面铺贴胶膜3，刮平；然后根据损伤区域尺寸铺贴补片1，刮平压实，然后进行封装；封装的步骤包括：在补片1的上方依次铺覆脱模布5、加热毯6、透气毡7、真空袋8；

步骤4、加热固化，固化阶段采用超声辐射进行辅助固化；加热固化的步骤包括：打开复合材料热补仪的加热开关进行加热固化，打开抽真空开关进行抽真空，当温度达到对应粘度最低的保温平台时，打开超声振动开关，进行超声波辐照，5～10min后关闭超声振动开关；

步骤5、加热固化完成，对修复区域进行打磨抛光；

步骤6、采用超声波无损检测仪进行检测，无分层、缺胶等缺陷，完成修复工作。

具体的，实施例1和对比例1-3中，复合材料的母板材料树脂主体成分为中低温固化的的环氧树脂，增强体为碳纤维；补片的材料为环氧基的碳纤维预浸料。胶膜为环氧树脂型胶膜。

检测实施例1和对比例1-3的补片与母板在胶膜的粘接下的拉伸剪切强度，实施例1的界面剪切强度的平均值为37Mpa，并且复合材料的补片、母板、胶膜之间的界面剪切强度数值的离散度较低，为0.137，对比例1的界面剪切强度的平均值为26.3Mpa，复合材料的补片、母板、胶膜之间的界面剪切强度数值的离散度为0.228；对比例2的界面剪切强度的平均值为35.2Mpa，复合材料的补片、母板、胶膜之间的界面剪切强度略低于实施例1；对比例3的界面剪切强度的平均值为30.5Mpa，复合材料的补片、母板、胶膜之间的界面剪切强度低于实施例1；可见，采用本发明的方法能够显著提高补片与母板在胶膜的粘接下的剪切强度，并且复合材料的补片、母板、胶膜之间的界面剪切强度的均匀性更好，大大提高修复质量。

并且实施例1的固化时间约为130min；对比例1的固化时间约为150min，对比例2的固化时间约为150min，对比例3的固化时间约为140min。采用本发明的方法能够缩短固化时间，提高修复效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合材料的表面预处理-修复方法，其特征在于，所述复合材料的表面预处理-修复方法包括：

步骤1、采用紫外激光扫描复合材料的损伤部位，将复合材料的损伤部位去除；

步骤2、对步骤1处理后的复合材料进行清洗；

步骤3、采用低温等离子体活化胶接界面；

步骤4、铺贴胶膜，刮平；然后根据损伤区域尺寸铺贴补片，刮平压实，然后进行封装；

步骤5、加热固化，固化阶段采用超声辐射进行辅助固化；

步骤6、加热固化完成，对修复区域进行打磨抛光。

2.根据权利要求1所述的复合材料的表面预处理-修复方法，其特征在于，还包括步骤7、采用超声波无损检测仪进行检测，判断有无分层或缺胶缺陷，如果有分层或缺胶缺陷，则重复步骤1-步骤6，如果没有分层或缺胶缺陷，则完成修复工作。

3.根据权利要求1所述的复合材料的表面预处理-修复方法，其特征在于，所述步骤1中，紫外激光的波长为355nm。

4.根据权利要求3所述的复合材料的表面预处理-修复方法，其特征在于，所述步骤1中，紫外激光的功率为10～15w，光斑直径20μm，脉宽10ps，扫描速度1500～2000mm/s。

5.根据权利要求1所述的复合材料的表面预处理-修复方法，其特征在于，所述步骤2中，使用超声波清洗机对复合材料进行清洗。

6.根据权利要求1所述的复合材料的表面预处理-修复方法，其特征在于，所述步骤3中，采用低温等离子体活化胶接界面的步骤为：采用低温等离子体表面处理设备，等离子枪的喷嘴距离工件5～8cm，光斑移动速度3～5cm/s。

7.根据权利要求1所述的复合材料的表面预处理-修复方法，其特征在于，所述步骤4中，等离子处理后应在1min内铺贴胶膜。

8.根据权利要求1所述的复合材料的表面预处理-修复方法，其特征在于，所述步骤4中，封装的步骤包括：在补片的上方依次铺覆脱模布、加热毯、透气毡、真空袋。

9.根据权利要求1所述的复合材料的表面预处理-修复方法，其特征在于，所述步骤5中，加热固化前还包括在临近待修复区域的平整位置，涂抹超声波耦合剂，将超声波振动头放置在上面，调整至完全贴合。

10.根据权利要求1-9所述的复合材料的表面预处理-修复方法，其特征在于，所述步骤5中，加热固化的步骤包括：打开复合材料热补仪进行加热固化，抽真空，当温度达到对应粘度最低的保温平台时，进行超声波辐照，5～10min后关闭超声振动开关。

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