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創新熱塑性復合材料修復——用于高性能航空結構件的修復和制造

?? 日期:2022-08-29???? 來源:中國復合材料工業協會????瀏覽:233????
核心提示:德國航空航天中心 (DLR) 2015啟
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德國航空航天中心 (DLR) 2015啟動的一個研究項目,旨在開發一種技術,用于在足夠高的溫度下為高性能熱塑性航空結構應用復合材料修復補丁。時至今日,這項技術被稱為 FlexIn Heat,已用于熱固性和熱塑性復合材料的修復和制造。
 
目前熱塑性復合材料應用于大型商業航空結構的困難是其在結構損壞的情況下難以修復。如果要將修補片應用于受損零部件,必須使用熱粘合機或類似設備將修補片固化到層壓板上并提供所需的熱量及壓力。
 
當涉及高性能熱塑性塑料時——例如 PEEK(聚醚醚酮)、PEKK(聚醚酮酮)和 PAEK(聚芳醚酮),其挑戰更大。因為這些材料需要高達數百攝氏度的溫度才能固化,而許多修復系統暫且還不能滿足這些條件。
 
此次德國航空航天中心這個關于航空件修復的項目中,其中提供加熱解決方案的是 一家德國斯圖加特的公司msquare GmbH,它具有基于電磁感應的柔性加熱系統,能夠在高溫下固化零件。
該公司一直致力在尋找用于對 PEEK 和 PEKK 等高性能材料進行全面維修的加熱解決方案。目前開發了利用電磁感應(通過電磁場通過電產生熱量)的解決方案并申請了專利,該技術可達到 400°C 的柔性加熱。并將該技術稱之為FlexIn Heat。
 
 
FlexIn Heat:靈活的、基于感應的復合材料零件修復
 
FlexIn Heat 系統由多個組件組成。其主要組成件Red300 是一款移動式熱焊機和控制器,可與熱電偶傳感器連接并以數字方式記錄數據。它連接到定制設計的三層產品:內部帶有感應線圈的硅膠加熱毯、絕緣層和導電金屬片,也稱為感受器。這些通過定制的纖維鋪放 (TFP) 縫合在一起,形成約 2 毫米厚的產品。
據稱此感應系統不會直接產生熱量。相反,它會產生電磁場。當導電感受器材料進入電磁場時會產生熱量。感應器內形成渦流,幾乎瞬間且均勻地產生非常高的溫度,可達 400°C。
且無論磁性如何,感受器可以是任何金屬,也可以是碳纖維,盡管后者的導電性不如金屬。
 
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FlexIn 加熱系統。Red300 熱焊機產生電能,當引入感應毯時,會產生一個電磁場,該電磁場與導電感受器材料接觸以產生熱量。然后可以使用加熱的毯子將修復補丁應用于復合部件,或在制造過程中固化部件
 
除了達到熱塑性塑料所需的溫度外,該解決方案還提供精確的局部加熱,因為感應毯本身沒有被加熱,只有感受器被加熱。使用者可將這些感受器切割成只加熱修復區域所需的形狀。
 
Msquare 還開發了熱粘合機和控制單元,以及與該系統一起使用的軟件。這些包括編程到特定的加熱斜坡,如果需要,可以使用多個梯度加熱階段,或受控冷卻階段。加熱毯可以在冷卻過程中加熱以實現更平緩的溫度冷卻,或使用冷卻管來冷卻感應線圈。在使用熱塑性復合材料時,這種控制水平尤其重要。
 
除了感應熱粘合機和加熱毯系統,此FlexIn Heat系統還提供使用電阻空氣加熱的系統。這些也可用于修復或固化熱固性或熱塑性復合材料。
據稱FlexIn Heat 自商業化以來,已用于多個航空復合材料修復項目,包括空客車公司(法國圖盧茲)。
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