碳纤维/聚酰亚胺树脂基复合材料开孔修补工艺的可靠性研究

◎许国栋 纪斌逸 蒋蔚

碳纤维/聚酰亚胺树脂基复合材料开孔修补工艺的可靠性研究

◎许国栋 纪斌逸 蒋蔚

为了验证碳纤维/聚酰亚胺树脂基复合材料开孔修补工艺的可靠性，采用了平板开孔修补试验件模拟某构件在振动工况下的工作环境，行进开孔修补试验件x,y,z三轴向的动应变测试，试验结果表明：试验件无异常，动应变最大值≤200uε满足抗震性能要求。

耐高温聚酰亚胺树脂基复合材料具有比强度和比模量高、可设计性强、抗疲劳性能好及耐热性能优异等独特优点。其中BMP316聚酰亚胺树脂基复合材料是国内使用最广泛的耐高温树脂基复合材料，并已经在发动机构件中得到应用。

发动机复合材料在实际使用过程中因各种原因发生擦伤、划伤、磕、碰伤、分层等损伤，其中部分损伤面积小、深度浅，可直接采用胶黏剂修补损伤处，修补工艺简单，成本低，可操作性高。本研究为了验证碳纤维/聚酰亚胺树脂基复合材料开孔修补工艺的可靠性，采用了平板开孔修补试验件模拟某型号构件在振动工况下的工作环境，通过对开孔试验件x,y,z三轴向的动应变测试，考核修补结构的抗振性能。

试验

试验材料。采用T300碳纤维/ BMP316聚酰亚胺预浸料，树脂含量38～42%，单位面积纤维质量131～133g/ mm2，固化后单层厚度为0.12mm。某型耐温胶黏剂，可在280°长期使用。

试件制备。试件为层合板，采用真空袋-热压罐成型。试验件几何尺寸为140X70mm，厚度为4mm，其中在试验件中间加工Φ16mm的盲孔，盲孔深度为0.4mm。盲孔采用耐温胶黏剂补平。为了监测试验件在振动试验过程中的应变状况，在耐温胶修补处的背面每900粘贴一应变片，共4片，试验件见图1、2。

试验环境条件。试验环境条件为，试验温度24±2℃，环境湿度28±3%。

试验过程。根据GJB150.16A-2009军用装备实验室环境试验方法第16部分：振动试验的要求，分别按z方向、y方向、x方向装在实验台上，进行各自方向的振动试验，试验时采用两端夹持的边界条件，夹持尺寸为10～15mm，见图3。本试验系统为苏州仪器试验总厂生产的DCDS-2200-26～06电动振动系统，试验振动控制系统采用的是美国Spectral Dynamics (SD)公司的美洲豹（PUMA）振动控系统。

试验结果与分析

试验件z、y、x方向的试验振动条件的关键点如表1所示，每个方向振动持续时间为4小时。

从试验现场状况看，整个使用过程并无异常现象。从试验后试件的形态看，试件整体无明显变化，复合材料开孔修补处无脱落，无裂痕。对试件进行无损检测，复合材料试件无缺陷,开孔修补处也无缺陷。

z,y,x方向振动试结果如图4所示，我们从试验过程测量的应变数据看，所有应变点应变值较小。其中z方向1、3监测点值≤200uε，2、4监测点值≤100uε；y方向1、3监测点值≤50uε，2、4监测点值≤30uε，x方向1、3监测点值≤100uε，2、4监测点值≤50uε，监测点在受力状况下，均处于安全状态。

复合材料开孔修补工艺振动试验动应变最大值出现在Z方向，最大值为200uε，满足构件振动性能要求；振动试验和无损检测结果合格，表明碳纤维/聚酰亚胺复合材料开孔修补工艺合理可行；碳纤维/聚酰亚胺树脂基复合材料开孔修补工艺，为某型发动机复合材料构件使用寿命的延长提供了一种安全可行的途径。

（作者单位：中航复合材料有限责任公司）