紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法，以具有快速自蔓延固化特點(diǎn)的紫外光固化樹(shù)脂組合物為基體材料，混合纖維增強(qiáng)材料后制備得到復(fù)合材料修理補(bǔ)片，具體包括如下步驟：1)對(duì)需要粘接修理的損傷區(qū)域進(jìn)行表面處理；2)在處理好的損傷區(qū)域表面鋪設(shè)復(fù)合材料鋪層，復(fù)合材料鋪層厚度、方向依修理的實(shí)際需要而定；3)采用紫外光光源輻照鋪設(shè)好復(fù)合材料鋪層，形成復(fù)合材料修理補(bǔ)片，完成對(duì)損傷結(jié)構(gòu)的粘接修理。本發(fā)明所涉及的復(fù)合材料修理補(bǔ)片可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，且制備時(shí)只需一次照射就可完成固化，具有固化效率高，抗拉強(qiáng)度好，固化不受纖維鋪設(shè)層數(shù)及樹(shù)脂基復(fù)合材料增強(qiáng)相透光性能影響，修復(fù)效率高等顯著優(yōu)勢(shì)，特別適合于應(yīng)急的搶修作業(yè)。
【專利說(shuō)明】紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法 (一）

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光固化技術(shù)、樹(shù)脂基復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種紫外光固化 復(fù)合材料快速粘接修理方法。 (二）

【背景技術(shù)】
[0002] 樹(shù)脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比模量高，耐腐蝕，抗疲勞性好，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等突出 優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、石油化工以及醫(yī)用材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。樹(shù)脂基復(fù)合材料在生產(chǎn)制 造或使用過(guò)程中會(huì)不可避免地存在缺陷或遭受損傷，為滿足正常使用的需要，需對(duì)其受損 部位進(jìn)行修理。樹(shù)脂基復(fù)合材料的修理方法分為機(jī)械修理和粘接修理。粘接修理方法是一 種優(yōu)質(zhì)、高效的結(jié)構(gòu)修理方法，在船舶、飛機(jī)以及橋梁等建筑結(jié)構(gòu)的各種破孔、裂紋和腐蝕 等損傷修理中越來(lái)越多地得到認(rèn)可和應(yīng)用。
[0003] 紫外光固化技術(shù)是一種綠色、環(huán)保的材料制備技術(shù)，將該技術(shù)引入到樹(shù)脂基復(fù)合 材料制備領(lǐng)域是近年來(lái)又一個(gè)新的發(fā)展方向。紫外光固化反應(yīng)固化速度快、反應(yīng)所需活化 能低，特別是易于進(jìn)行低溫固化，尤其適用于樹(shù)脂基復(fù)合材料的外場(chǎng)修復(fù)。目前針對(duì)紫外光 固化技術(shù)的研究，大多集中在基礎(chǔ)研究、以及該技術(shù)在涂料工業(yè)中的應(yīng)用方面，對(duì)于該技術(shù) 在結(jié)構(gòu)修理方面的應(yīng)用則鮮有報(bào)道。魏東等在《包裝工程》（2011年第32卷150-153頁(yè)） 上發(fā)表了題為"一種飛機(jī)結(jié)構(gòu)快速修理新材料的研究"的報(bào)道，以光敏樹(shù)脂為基體，玻璃纖 維為增強(qiáng)材料，制備成紫外光固化復(fù)合材料修理料片，對(duì)飛機(jī)損傷結(jié)構(gòu)的快速修理進(jìn)行了 研究。還大軍等在《南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)》（2014年第46卷635-645頁(yè)）上發(fā)表了題為 "紫外固化環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及其修補(bǔ)性能研究"的報(bào)道，采用紫外固化復(fù)合材料對(duì)含人工 缺陷的層合板試樣進(jìn)行修補(bǔ)，結(jié)果表明該方法具有良好的修復(fù)效果。
[0004] 但受制于紫外光穿透能力有限，紫外光固化技術(shù)通常適用于透光的玻璃纖維增強(qiáng) 體系，復(fù)合材料修理料片制備時(shí)需逐層鋪設(shè)玻璃纖維、逐層多次輻射固化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一次性 快速深層固化。對(duì)于含不透光增強(qiáng)相體系，如碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的紫外光固化，則未見(jiàn)相 關(guān)報(bào)道。 (三）


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種紫外光固化復(fù)合材料快速粘 接修理方法，以具有快速自蔓延固化特點(diǎn)的紫外光固化樹(shù)脂組合物為基體材料，混合纖維 增強(qiáng)材料后制備得到復(fù)合材料修理補(bǔ)片，對(duì)需要粘接修理的損傷區(qū)域進(jìn)行快速粘接修理。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法，以具有快速自蔓延固化特點(diǎn)的紫外光固 化樹(shù)脂組合物為基體材料，混合纖維增強(qiáng)材料后制備得到復(fù)合材料修理補(bǔ)片，包括如下步 驟：
[0008] 1)對(duì)需要粘接修理的損傷區(qū)域進(jìn)行表面處理，表面處理主要包括溶劑清洗、機(jī)械 打磨或噴砂，表面處理目的在于增加損傷區(qū)域四周搭接表面的粗糙度，增加粘接強(qiáng)度；
[0009] 2)在處理好的損傷區(qū)域表面鋪設(shè)復(fù)合材料鋪層，復(fù)合材料鋪層與損傷區(qū)域幾何形 狀相似，且復(fù)合材料鋪層面積大于損傷區(qū)域面積，復(fù)合材料鋪層厚度、方向依修理的實(shí)際需 要而定；
[0010] 3)采用紫外光光源輻照鋪設(shè)好復(fù)合材料鋪層，形成復(fù)合材料修理補(bǔ)片，以完成對(duì) 損傷結(jié)構(gòu)的粘接修理。
[0011] 所述纖維增強(qiáng)材料包括玻璃纖維布或碳纖維布。
[0012] 根據(jù)結(jié)構(gòu)及實(shí)際情況，所述損傷區(qū)域表面處理既可以是單面處理，也可以是雙面 處理，對(duì)應(yīng)的進(jìn)行單面粘接修理或雙面粘接修理。
[0013] 為了進(jìn)一步提高粘接修理效果，對(duì)所述復(fù)合材料鋪層進(jìn)行壓處理，加壓方式采用 真空袋加壓，且真空袋必須能夠透過(guò)紫外光，以便引發(fā)復(fù)合材料鋪層的紫外光固化。
[0014] 本發(fā)明具有快速自蔓延固化特點(diǎn)的紫外光固化樹(shù)脂組合物，其配方中原料組成及 各組分重量份如下：環(huán)氧樹(shù)脂90-110份，陽(yáng)離子光引發(fā)劑0. 1-0. 7份，熱引發(fā)劑0. 1-0. 5 份。
[0015] 所述環(huán)氧樹(shù)脂為縮水甘油醚類環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油胺類 環(huán)氧樹(shù)脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或多種，如E44環(huán)氧樹(shù)脂、E51環(huán)氧樹(shù)脂、3,4-環(huán)氧環(huán)己 基甲基-3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯、雙（(3,4_環(huán)氧環(huán)己基）甲基）己二酸酯、環(huán)氧改性有機(jī) 硅樹(shù)脂中的一種或多種。
[0016] 所述陽(yáng)離子光引發(fā)劑為碘鎗鹽、硫鎗鹽中的一種或多種，如4,4_二甲基-二苯基 碘翁六氟磷酸鹽、二苯基碘鎗六氟磷酸鹽、三苯基硫鎗鹽、二苯基-(4-苯基硫）苯基锍六氟 磷酸鹽中的一種或多種。
[0017] 所述熱引發(fā)劑為過(guò)氧化物類引發(fā)劑、偶氮類引發(fā)劑中的一種或多種，如過(guò)氧化苯 甲酰、偶氮二異丁氰中的一種或多種。
[0018] 本發(fā)明的紫外光固化樹(shù)脂組合物，除配方中規(guī)定的原料組成和各組分重量份之 夕卜，還可以配合光敏劑0-1重量份、活性稀釋劑0-35重量份、添加劑0-30重量份或丙烯酸 酯5-40重量份。
[0019] 所述光敏劑為α，α -二甲氧基-α -苯基苯乙酮，二苯酮，安息香甲醚，安息香異 丙基醚，安息香丁醚，苯偶酰，米蚩酮，硫雜蒽酮中的一種或多種。光敏劑的引入，有利于縮 短光固化時(shí)間，提高光固化效率。
[0020] 所述活性稀釋劑為環(huán)氧丙烷芐基醚、環(huán)氧丙烷苯基醚、C12?C14烷基縮水甘油 醚、丙烯基縮水甘油醚、雙縮水甘油醚、乙二醇雙縮水甘油醚中的一種或多種。活性稀釋劑 的引入，可用于調(diào)節(jié)環(huán)氧樹(shù)脂的黏度，改善操作工藝系統(tǒng)的可操作性。
[0021 ] 所述添加劑為粉末或顆粒形式的填料、顏料、納米填料中的一種或多種，如滑石 粉、氧化鋁、硅酸鋁、玻璃、陶瓷、石英、鋇鋁硅酸鹽、硼酸鹽、氣相二氧化硅等粉末或顆粒形 式的填料或炭黑或鈦白等顏料，還可以加入納米填料，比如納米輕基磷灰石、納米二氧化 硅，納米尼龍纖維等。填料的引入，一方面可提高所形成固化物的強(qiáng)度，減少固化的體積收 縮，另一方面可調(diào)節(jié)環(huán)氧樹(shù)脂的黏度，改善操作工藝性。
[0022] 所述丙烯酸酯為丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯中的 一種或多種。其中，具有較長(zhǎng)鏈的丙烯酸酯還可以起到增韌環(huán)氧樹(shù)脂的作用。
[0023] 上述紫外光固化樹(shù)脂組合物，其制備方法包括如下步驟：
[0024] 1)按配方中規(guī)定的各組分重量份稱取各組分；
[0025] 2)將環(huán)氧樹(shù)脂、陽(yáng)離子光引發(fā)劑、熱引發(fā)劑、光敏劑、活性稀釋劑、添加劑、丙烯酸 酯加入反應(yīng)容器中混合，攪拌均勻即可得紫外光固化樹(shù)脂組合物。
[0026] 所述紫外光光源可以是各種產(chǎn)生紫外光的光源，可以根據(jù)光引發(fā)劑的類型選擇， 比如常用的高壓汞燈。
[0027] 本發(fā)明的復(fù)合材料鋪層，由上述紫外光固化樹(shù)脂組合物基體材料混合纖維增強(qiáng)材 料后制備得到，所述纖維增強(qiáng)材料包括碳纖維布或玻璃纖維布，其中每100重量份纖維增 強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料中含有40-75重量份的紫外光固化樹(shù)脂組合物。
[0028] 本發(fā)明的復(fù)合材料鋪層，其制備方法包括如下步驟：
[0029] 將上述紫外光固化樹(shù)脂組合物基體材料涂布在處理好的損傷區(qū)域表面，然后鋪設(shè) 纖維增強(qiáng)材料，利用直徑滾或其他工具，使紫外光固化樹(shù)脂組合物浸透纖維增強(qiáng)材料，再涂 布紫外光固化樹(shù)脂組合物，隨后鋪設(shè)第2層纖維增強(qiáng)材料，如此逐層交替，每次鋪設(shè)要保證 紫外光固化樹(shù)脂組合物浸透纖維增強(qiáng)材料，以真空袋加壓處理并壓實(shí)，其鋪設(shè)層數(shù)可以根 據(jù)需要確定，不受限制。纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的制備方法也可先將纖維增強(qiáng)材料全部 浸透后，再逐層鋪設(shè)，以真空袋加壓處理并壓實(shí)。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法有益效果是：
[0031] (1)本發(fā)明采用具有快速自蔓延固化特點(diǎn)的的紫外光固化樹(shù)脂組合物為基體材 料，混合纖維增強(qiáng)材料后制備得到紫外光固化復(fù)合材料修理補(bǔ)片，具有固化效率高，抗拉強(qiáng) 度好，固化不受纖維鋪設(shè)層數(shù)及樹(shù)脂基復(fù)合材料增強(qiáng)相透光性能影響等顯著優(yōu)勢(shì)。
[0032] (2)本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，所涉及的復(fù)合材料修理補(bǔ)片可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，且制備時(shí)只需一次 照射就可完成固化，無(wú)需逐層多次輻射固化。鋪設(shè)三層碳纖維布的樹(shù)脂基復(fù)合材料在30? 40分鐘內(nèi)即可完成固化。
[0033] (3)本發(fā)明拉伸測(cè)試結(jié)果明損傷未修理的強(qiáng)度是完好試樣的表64. 1 %，修理后的 修復(fù)效率為85. 7% -93. 6%?？梢?jiàn)，該發(fā)明可以在非常短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)損傷結(jié)構(gòu)的原位 快速修理，而且具有較高的修復(fù)效率，特別適合于應(yīng)急的搶修作業(yè)。 (四）【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法作以 下詳細(xì)地說(shuō)明。
[0035] 實(shí)施例1
[0036] 稱取3,4_環(huán)氧環(huán)己基甲基-3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯100g、4,4_二甲基-二苯基 碘翁六氟磷酸鹽〇. 2g、過(guò)氧化苯甲酰0. 5g加入反應(yīng)容器中混合，攪拌均勻，得紫外光固化 樹(shù)脂組合物。
[0037] 本實(shí)施例的復(fù)合材料鋪層，由上述紫外光固化樹(shù)脂組合物基體材料混合纖維增強(qiáng) 材料后制備得到，所述纖維增強(qiáng)材料包括碳纖維布或玻璃纖維布，其中每l〇〇g纖維增強(qiáng)樹(shù) 脂基復(fù)合材料中含有40g的紫外光固化樹(shù)脂組合物。
[0038] 本實(shí)施例的復(fù)合材料鋪層，其制備方法包括如下步驟：
[0039] 將上述紫外光固化樹(shù)脂組合物基體材料涂布處理好的損傷區(qū)域表面，然后鋪設(shè)碳 纖維布，利用直徑滾或其他工具，使紫外光固化樹(shù)脂組合物浸透碳纖維布，再涂布紫外光固 化樹(shù)脂組合物，隨后鋪設(shè)第2層碳纖維布，如此逐層交替，每次鋪設(shè)要保證紫外光固化樹(shù)脂 組合物浸透碳纖維布，以真空袋加壓處理并壓實(shí)，本實(shí)施例鋪設(shè)層數(shù)為3層。
[0040] 實(shí)施例2
[0041] 稱取3,4_環(huán)氧環(huán)己基甲基-3,4_環(huán)氧環(huán)己基甲酸80g、環(huán)氧改性有機(jī)硅樹(shù)脂 ES-06 20g，4,4-二甲基-二苯基碘翁六氟磷酸鹽0. 2g、過(guò)氧化苯甲酰0. 2g加入反應(yīng)容器 中混合，攪拌均勻，得紫外光固化樹(shù)脂組合物。
[0042] 本實(shí)施例復(fù)合材料鋪層及制備方法同實(shí)施例1。
[0043] 實(shí)施例3
[0044] 稱取3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲基-3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸85g、環(huán)氧改性有機(jī)硅樹(shù)脂 ES-06 15g，4,4-二甲基-二苯基碘翁六氟磷酸鹽0. 3g、過(guò)氧化苯甲酰0. 2g加入反應(yīng)容器 中混合，攪拌均勻，得紫外光固化樹(shù)脂組合物。
[0045] 本實(shí)施例復(fù)合材料鋪層及制備方法同實(shí)施例1。
[0046] 實(shí)施例4
[0047] 紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法，以實(shí)施例1-3所述的具有快速自蔓延固 化特點(diǎn)的紫外光固化樹(shù)脂組合物為基體材料，混合纖維增強(qiáng)材料后制備得到復(fù)合材料修理 補(bǔ)片，包括如下步驟：
[0048] 1)對(duì)需要粘接修理的金屬構(gòu)件的損傷區(qū)域進(jìn)行表面處理，表面處理主要包括溶劑 清洗、機(jī)械打磨或噴砂，表面處理目的在于增加損傷區(qū)域四周搭接表面的粗糙度，增加粘接 強(qiáng)度；
[0049] 2)在處理好的損傷區(qū)域表面鋪設(shè)復(fù)合材料鋪層，復(fù)合材料鋪層與損傷區(qū)域幾何形 狀相似，且復(fù)合材料鋪層面積大于損傷區(qū)域面積，復(fù)合材料鋪層厚度、方向依修理的實(shí)際需 要而定；為了進(jìn)一步提高粘接修理效果，對(duì)所述復(fù)合材料鋪層進(jìn)行壓處理，加壓方式采用真 空袋加壓，且真空袋必須能夠透過(guò)紫外光，以便引發(fā)復(fù)合材料鋪層的光固化；
[0050] 3)采用紫外光光源輻照鋪設(shè)好復(fù)合材料鋪層30分鐘，形成復(fù)合材料修理補(bǔ)片，以 完成對(duì)損傷結(jié)構(gòu)的粘接修理。
[0051 ] 所述纖維增強(qiáng)材料包括玻璃纖維布或碳纖維布。
[0052] 根據(jù)結(jié)構(gòu)及實(shí)際情況，所述損傷區(qū)域表面處理既可以是單面處理，也可以是雙面 處理，對(duì)應(yīng)的進(jìn)行單面粘接修理或雙面粘接修理。
[0053] 實(shí)施例1-3所述的具有快速自蔓延固化特點(diǎn)的紫外光固化樹(shù)脂組合物為基體材 料，混合碳纖維布后制備得到復(fù)合材料修理補(bǔ)片，依據(jù)實(shí)施例4所述的紫外光固化復(fù)合材 料快速粘接修理方法，對(duì)需要粘接修理的金屬構(gòu)件進(jìn)行粘接修理，在材料萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn) 行拉伸性能測(cè)試，金屬構(gòu)件拉伸強(qiáng)度測(cè)量值與完好金屬構(gòu)件的拉伸強(qiáng)度之比，定義為修復(fù) 效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1。
[0054] 表1.金屬構(gòu)件拉伸性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)
[0055]

【權(quán)利要求】
1. 紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法，其特征在于，以具有快速自蔓延固化特點(diǎn) 的紫外光固化樹(shù)脂組合物為基體材料，混合纖維增強(qiáng)材料后制備得到復(fù)合材料修理補(bǔ)片， 具體包括如下步驟： 1) 對(duì)需要粘接修理的損傷區(qū)域進(jìn)行表面處理； 2) 在處理好的損傷區(qū)域表面鋪設(shè)復(fù)合材料鋪層，復(fù)合材料鋪層厚度、方向依修理的實(shí) 際需要而定； 3) 采用紫外光光源輻照鋪設(shè)好復(fù)合材料鋪層，形成復(fù)合材料修理補(bǔ)片，完成對(duì)損傷結(jié) 構(gòu)的粘接修理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法，其特征在于，所述 纖維增強(qiáng)材料包括玻璃纖維布或碳纖維布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法，其特征在于，所述 表面處理包括溶劑清洗、機(jī)械打磨或噴砂。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法，所述表面處理為單 面處理或雙面處理，對(duì)應(yīng)的進(jìn)行單面粘接修理或雙面粘接修理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法，其特征在于，所述 復(fù)合材料鋪層與損傷區(qū)域幾何形狀相似，且復(fù)合材料鋪層面積大于損傷區(qū)域面積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化復(fù)合材料快速粘接修理方法，其特征在于，對(duì)所 述復(fù)合材料鋪層進(jìn)行壓處理，加壓方式采用真空袋加壓，且真空袋必須能夠透過(guò)紫外光。
【文檔編號(hào)】C09D7/12GK104371488SQ201410617517
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】趙培仲, 魏華凱, 戴逸菲, 胡芳友, 戴京濤, 黃旭仁, 吉伯林 申請(qǐng)人:趙培仲