เอกสารประกอบคำบรรยายคอมโพสิตขั้นสูง (Ⅷ): การบ่มวัสดุคอมโพสิตและการซ่อมแซมแซนวิชคอมโพสิตรังผึ้ง

1 การบ่มวัสดุคอมโพสิต

รอบการบ่มคือรอบเวลา อุณหภูมิ และความดันที่ใช้ในการบ่มระบบเทอร์โมเซ็ตเรซินหรือพรีเพรก การบ่มซ่อมแซมมีความสำคัญพอๆ กับการบ่มวัสดุชิ้นส่วนเดิม การซ่อมแซมคอมโพสิตต่างจากการซ่อมแซมโลหะที่มีการประกอบวัสดุไว้ล่วงหน้า การซ่อมแซมคอมโพสิตต้องใช้ช่างเทคนิคในการประดิษฐ์วัสดุ ซึ่งรวมถึงฟังก์ชันการจัดเก็บ การประมวลผล และการควบคุมคุณภาพทั้งหมด วงจรการฟื้นฟูการบำรุงรักษาเครื่องบินเริ่มต้นด้วยการจัดเก็บวัสดุ วัสดุที่เก็บไว้อย่างไม่เหมาะสมจะเริ่มแข็งตัวก่อนจึงจะสามารถนำไปใช้ในการฟื้นฟูได้ ต้องเป็นไปตามและบันทึกเวลา อุณหภูมิ และข้อกำหนดทั้งหมด โปรดดูคู่มือการซ่อมแซมโครงสร้างเครื่องบินเพื่อกำหนดรอบการซ่อมแซมที่ถูกต้องสำหรับชิ้นส่วนที่จะซ่อมแซม

1.1 การบ่มที่อุณหภูมิห้อง

การบ่มที่อุณหภูมิห้องมีประโยชน์มากที่สุดในแง่ของการประหยัดพลังงานและพกพาสะดวก การซ่อมแซมแบบเปียกที่บ่มด้วยอุณหภูมิห้อง-ไม่ได้คืนความแข็งแรงหรือความทนทานของส่วนประกอบที่บ่มแบบเดิมที่ 250°F (121 องศา ) หรือ 350°F (176.67 องศา ) และโดยทั่วไปจะใช้สำหรับการซ่อมแซมแบบวางไฟเบอร์กลาสแบบเปียก-บนส่วนประกอบที่ไม่-สำคัญ การซ่อมแซมด้วยการบ่มที่อุณหภูมิห้องสามารถเร่งให้เร็วขึ้นได้ด้วยการทำความร้อน ประสิทธิภาพสูงสุดทำได้ที่ 150°F (65.56 องศา) ถุงสูญญากาศสามารถใช้เพื่อรวมแผ่นลามิเนตและเป็นทางให้อากาศและสารระเหยหลบหนีออกไปได้

1.2 การบ่มที่อุณหภูมิสูง

พรีเพกทั้งหมดผ่านการบ่มโดยใช้วงจรที่อุณหภูมิสูง การซ่อมแซมชั้นเปียกบางประเภทใช้รอบการบ่มที่เพิ่มขึ้นเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของการซ่อมแซมและเร่งกระบวนการบ่มให้เร็วขึ้น เตาอบบ่มและตัวประสานร้อนใช้ถุงสูญญากาศเพื่อรวมแผ่นลามิเนตเข้าด้วยกันและเป็นช่องทางให้อากาศและสารระเหยหลบหนีออกไป เครื่องนึ่งฆ่าเชื้อใช้แรงดันสุญญากาศและแรงดันบวกเพื่อรวมแผ่นลามิเนตให้แน่นและเป็นช่องทางให้อากาศและสารระเหยหลบหนีออกไป เครื่องทำความร้อนส่วนใหญ่ใช้ตัวควบคุมคอมพิวเตอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้เพื่อรันวงจรการรักษา ผู้ปฏิบัติงานสามารถเลือกจากเมนูรอบการรักษาที่มีอยู่หรือเขียนโปรแกรมของตนเองได้

เทอร์โมคัปเปิลจะถูกวางไว้ใกล้กับจุดซ่อม และเทอร์โมคัปเปิลจะตอบกลับอุณหภูมิไปยังชุดทำความร้อน โดยทั่วไปอุณหภูมิการบ่มสำหรับคอมโพสิตคือ 250°F (121 องศา) หรือ 350°F (176.67 องศา) อุณหภูมิของชิ้นส่วนขนาดใหญ่ที่บ่มในเตาอบหรือหม้อนึ่งความดันอาจแตกต่างจากอุณหภูมิของเตาอบหรือหม้อนึ่งความดันในระหว่างรอบการบ่มเนื่องจากพวกมันทำหน้าที่เหมือนแผ่นระบายความร้อน อุณหภูมิของชิ้นส่วนมีความสำคัญที่สุดสำหรับการบ่มที่เหมาะสม จึงมีการวางเทอร์โมคัปเปิลไว้บนชิ้นส่วนเพื่อตรวจสอบและควบคุมอุณหภูมิของชิ้นส่วน หัววัดอุณหภูมิอากาศของเตาอบหรือหม้อนึ่งความดันที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิเตาอบหรือหม้อนึ่งความดันอาจไม่ใช่อุปกรณ์ที่เชื่อถือได้เสมอไปในการกำหนดอุณหภูมิการบ่มชิ้นส่วน หากชิ้นส่วนหรือเครื่องมือทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อน อุณหภูมิเตาอบและอุณหภูมิของชิ้นส่วนอาจแตกต่างกันมาก

รอบการบ่มที่อุณหภูมิสูงประกอบด้วยอย่างน้อยสามส่วน

-อุ่นเครื่อง:หน่วยทำความร้อนจะอุ่นขึ้นที่อุณหภูมิที่ตั้งไว้ โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 3°F (-16.1 องศา ) ถึง 5°F (-15 องศา ) ต่อนาที

-โฮลดิ้ง:หน่วยทำความร้อนจะรักษาอุณหภูมิตามระยะเวลาที่กำหนดไว้

-คูลลิ่ง:หน่วยทำความร้อนจะเย็นลงที่อุณหภูมิที่ตั้งไว้ อุณหภูมิในการทำความเย็นมักจะต่ำกว่า 5°F ต่อนาที เมื่อหน่วยทำความร้อนมีอุณหภูมิต่ำกว่า 125°F ชิ้นส่วนดังกล่าวสามารถถอดประกอบได้ เมื่อบ่มชิ้นส่วนด้วยหม้อนึ่งความดัน ต้องแน่ใจว่าได้คลายความดันในหม้อนึ่งความดันแล้วก่อนที่จะเปิดประตู ดังแสดงในรูปที่ 53

รูปที่ 53: กระบวนการบ่มด้วยหม้อนึ่งความดัน

ขั้นตอนการบ่มทำได้โดยการใช้ความร้อนและแรงกดกับลามิเนต เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เรซินจะเริ่มอ่อนตัวและไหล ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจะเกิดปฏิกิริยาน้อยมาก สารปนเปื้อนที่ระเหยง่าย เช่น อากาศหรือน้ำ จะถูกสกัดออกจากลามิเนตในช่วงเวลานี้ แผ่นลามิเนตถูกบดอัดโดยการใช้แรงกด โดยปกติจะเป็นสุญญากาศ (ความดันบรรยากาศ) หม้อนึ่งความดันจะใช้แรงดันเพิ่มเติม โดยปกติคือ 50-100 psi เมื่ออุณหภูมิเข้าใกล้อุณหภูมิการบ่มขั้นสุดท้าย อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และเรซินจะเริ่มแข็งตัวเป็นเจล การยึดไว้ในการบ่มขั้นสุดท้ายจะทำให้เรซินสามารถบ่มตัวได้เสร็จสิ้นและได้รับคุณสมบัติทางโครงสร้างที่ต้องการ

2 การซ่อมแซมแซนวิชรังผึ้งคอมโพสิต

ส่วนประกอบส่วนใหญ่ของส่วนประกอบการบินและอวกาศในปัจจุบันมีความเสียหาย-โครงสร้างแซนด์วิชน้ำหนักเบาที่มีแนวโน้มว่าจะเสียหาย เนื่องจากโครงสร้างแซนวิชเป็นโครงสร้างที่มีการยึดติดด้วยแผ่นบาง ความเสียหายต่อโครงสร้างแซนวิชจึงมักได้รับการซ่อมแซมโดยการยึดเกาะ

การซ่อมแซมโครงสร้างรังผึ้งแบบแซนวิชใช้เทคนิคเดียวกันกับวัสดุแผงทั่วไป เช่น ใยแก้ว คาร์บอนไฟเบอร์ และ Kevlar® โดยปกติแล้วเคฟล่าร์จะซ่อมแซมด้วยใยแก้ว ดังแสดงในรูปที่ 54

รูปที่ 54: การซ่อมแซมโครงสร้างแซนวิชแบบรังผึ้งโดยทั่วไป

2.1 การจำแนกประเภทของความเสียหาย

การซ่อมแซมระยะสั้น-สามารถตอบสนองความต้องการด้านความแข็งแกร่งได้ แต่ถูกจำกัดด้วยเวลาหรือรอบการบิน เมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งานของการซ่อมแซม การซ่อมแซมจะต้องถูกถอดออกและเปลี่ยนใหม่ การซ่อมแซมชั่วคราวอาจทำให้ส่วนประกอบกลับมาแข็งแรงตามที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม การซ่อมแซมนี้จะไม่คืนความทนทานที่จำเป็นของส่วนประกอบ จึงมีช่วงหรือวิธีการตรวจสอบที่แตกต่างกัน การซ่อมแซมแบบถาวรคือการซ่อมแซมที่จะคืนความแข็งแรงและความทนทานของส่วนประกอบตามที่ต้องการ การซ่อมแซมมีวิธีการตรวจสอบและช่วงเวลาเช่นเดียวกับส่วนประกอบดั้งเดิม

2.2 ความเสียหายเล็กๆ น้อยๆ ต่อแกนสแต็คโครงสร้างแซนด์วิช (การซ่อมแซมการบรรจุและการเติมกระถาง)

การซ่อมแซมการห่อหุ้มสามารถใช้เพื่อซ่อมแซมความเสียหายต่อโครงสร้างรังผึ้งแซนวิชที่มีขนาดน้อยกว่า 0.5 นิ้ว วัสดุรังผึ้งสามารถปล่อยทิ้งไว้หรือถอดออกแล้วเติมด้วยวัสดุปลูกเพื่อคืนความแข็งแรง การซ่อมแซมแบบห่อหุ้มไม่สามารถคืนความแข็งแรงของชิ้นส่วนได้เต็มที่

สารประกอบสำหรับการปลูกมักจะเป็นแก้วฉนวนอีพอกซี ไมโครสเฟียร์ฟีนอลหรือพลาสติก ฝ้าย เครื่องผสม หรือวัสดุอื่นๆ คอมโพสิตที่ปลูกยังสามารถใช้เป็นสารตัวเติมสำหรับขอบซ่อมแซมตกแต่งและแผงผิวหนังได้ สารประกอบปลูกยังใช้ในแผงรังผึ้งเคลือบเป็นจุดแข็งสำหรับสลักเกลียวและสกรู คอมโพสิตที่ปลูกจะหนักกว่าแกนเดิม ซึ่งอาจส่งผลต่อความสมดุลในการควบคุมการบิน น้ำหนักของการซ่อมแซมจะต้องได้รับการคำนวณและเปรียบเทียบกับน้ำหนักควบคุมการบินและขีดจำกัดสมดุลที่ระบุโดย SRM

2.3 ความเสียหายต่อแผงด้านข้างด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนและซ่อมแซม

หมายเหตุ: ขั้นตอนต่อไปนี้มีไว้เพื่อการอ้างอิงเท่านั้น และไม่ควรพิจารณาถึงวิธีการซ่อมแซมทั้งหมดโดยตรง

ขั้นตอนที่ 1: ตรวจสอบความเสียหาย

ลามิเนตบางสามารถตรวจสอบด้วยสายตาและทดสอบการกระแทกเพื่อระบุความเสียหาย ลามิเนตที่หนาขึ้นต้องใช้วิธี NDI ในเชิงลึกมากขึ้น- เช่น การตรวจสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ดังแสดงในรูปที่ 55 ตรวจหาน้ำ น้ำมัน เชื้อเพลิง สิ่งสกปรก หรือสิ่งแปลกปลอมอื่นๆ ที่เข้ามาในบริเวณใกล้เคียงกับความเสียหาย สามารถตรวจจับน้ำได้ด้วยเครื่องเอ็กซเรย์ เครื่องย้อนแสง หรือเครื่องตรวจจับความชื้น

รูปที่ 55: เทคนิคการทดสอบน็อคเอาท์

ขั้นตอนที่ 2: กำจัดน้ำออกจากบริเวณที่เสียหาย

ต้องกำจัดน้ำออกจากแกนรังผึ้งก่อนจึงจะสามารถซ่อมแซมชิ้นส่วนได้ ดังแสดงในรูปที่ 56 หากไม่เอาน้ำออก น้ำจะเดือดในระหว่างรอบการบ่มที่อุณหภูมิสูง และแผงจะขยายแกนทำให้เกิดความเสียหายมากขึ้น น้ำในแกนรังผึ้งยังสามารถแข็งตัวได้ที่อุณหภูมิต่ำที่ระดับความสูง ซึ่งอาจทำให้แผงหลุดลอกได้

รูปภาพ 56: วิธีการบรรจุถุงสุญญากาศสำหรับทำให้ชิ้นส่วนแห้ง

ขั้นตอนที่ 3: ลบความเสียหาย

ตัดส่วนที่เสียหายของชิ้นงานให้เป็นรูปทรงเรียบโดยมีมุมโค้งมน หรือเป็นรูปทรงกลมหรือวงรี อย่าสร้างความเสียหายให้กับชั้น แกน หรือวัสดุโดยรอบที่ไม่เสียหาย หากแกนกลางเสียหาย ให้ตัดแกนให้มีรูปร่างเหมือนกับผิวหนังแกนกลาง ดังแสดงในรูปที่ 57

รูปภาพ 57: การกำจัดความเสียหายของแกนกลาง

ขั้นตอนที่ 4: การตั้งค่าพื้นที่ที่เสียหายล่วงหน้า

ใช้เครื่องขัดแบบดิสก์แบบอ่อนหรือเครื่องขัดแบบแผ่นหมุนเพื่อขัดรอบๆ ความเสียหายที่ทำความสะอาดแล้วด้วยเรียวเรียบ ผู้ผลิตบางรายให้อัตราส่วนเทเปอร์ เช่น 1:40 ในขณะที่บางรายระบุระยะเทเปอร์ เช่น การเหลื่อมกัน 1 นิ้วของระยะเทเปอร์ที่มีอยู่สำหรับแต่ละชั้น ลบการตกแต่งภายนอกออก รวมถึงการเคลือบนำไฟฟ้าในพื้นที่ที่มีขนาดใหญ่กว่าขอบเรียวอย่างน้อย 1 นิ้ว ขจัดทรายและฝุ่นทั้งหมดด้วยลมแห้งและเครื่องดูดควัน ทำความสะอาดบริเวณที่เสียหายด้วยผ้าสะอาดชุบตัวทำละลายที่ได้รับอนุญาต ดังแสดงในรูปที่ 58

รูปภาพ 58: การขัดบริเวณซ่อมแซม

ขั้นตอนที่ 5: ติดตั้ง Honeycomb Core (เลเยอร์เปียก)

ตัดแกนทดแทนด้วยมีด ปลั๊กแกนต้องเป็นชนิด เกรด และคุณภาพเดียวกันกับแกนเดิม เซลล์แกนกลางควรอยู่ในทิศทางเดียวกับรังผึ้งของวัสดุโดยรอบ ต้องตัดปลั๊กให้ได้ความยาวที่เหมาะสมและทำความสะอาดตัวทำละลายด้วยน้ำยาทำความสะอาดที่ได้รับอนุมัติ

สำหรับการซ่อมแซมการปูแบบเปียก- ให้ตัดผ้าทอสองชั้นที่เหมาะกับพื้นผิวด้านในของผิวหนังที่ไม่เสียหาย ชุบชั้นผ้าด้วยเรซินแล้ววางลงในรู ใช้สารผสมฉีดรอบๆ แกนและวางไว้ในรู สำหรับการซ่อมพรีเพก ให้ตัดแผ่นฟิล์มกาวให้พอดีกับรู และใช้กาวโฟมรอบๆ สิ่งอุดตัน ปลั๊กควรสัมผัสกับด้านข้างของรู จัดแนวแกนหลักของสิ่งอุดตันด้วยวัสดุรองพื้นเดิม ซ่อมแซมพื้นที่ด้วยถุงสูญญากาศและรักษาแกนทดแทนโดยใช้เตาอบ หม้อนึ่งความดัน หรือผ้าห่มร้อน การซ่อมแซมชั้นเปียกอาจหายได้ที่อุณหภูมิห้องถึง 150°F (65.56 องศา ) การซ่อมแซมพรีเพกจะต้องรักษาอุณหภูมิไว้ที่ 250°F (121 องศา ) หรือ 350°F (176.67 องศา ) โดยทั่วไป แกนทดแทนจะถูกบ่มในวงจรที่แยกจากกัน แทนที่จะรักษาร่วมด้วยแพตช์ หลังจากการบ่มแล้ว จะต้องขัดสิ่งอุดตันให้เรียบกับพื้นที่โดยรอบ ดังแสดงในรูปที่ 59

รูปภาพ 59: การเปลี่ยนแกน

ขั้นตอนที่ 6: เตรียมและติดตั้งเลเยอร์การซ่อมแซม

โปรดดูคู่มือการซ่อมแซมเพื่อดูวัสดุการซ่อมแซมที่ถูกต้องและจำนวนชั้นที่จำเป็นสำหรับการซ่อมแซม โดยทั่วไป ให้ติดตั้งอีกหนึ่งเลเยอร์จากการติดตั้งเดิม ตัดความหนาของชั้นให้ได้ขนาดและการวางแนวที่ถูกต้อง ความหนาของชั้นซ่อมจะต้องติดตั้งในทิศทางเดียวกับชั้นเดิมที่กำลังซ่อมแซม ชุบชั้นด้วยเรซินสำหรับการซ่อมแซม-การปูแบบเปียก หรือนำวัสดุรองพื้นออกจากพรีเพก โดยปกติแล้วเลเยอร์ต่างๆ จะถูกวางโดยใช้ลำดับเลย์อัพขั้นต่ำขั้นแรก ดังแสดงในรูปที่ 60

รูปภาพ 60: การติดตั้งโปรแกรมแก้ไข

ขั้นตอนที่ 7: การบรรจุถุงสูญญากาศเพื่อการซ่อมแซม

เมื่อวัสดุปูพื้นเข้าที่แล้ว ให้ใช้การติดตั้งถุงสูญญากาศเพื่อไล่อากาศออกและอัดแรงดันการซ่อมแซมให้แห้งตัว ดูคำแนะนำในการติดตั้งถุงสุญญากาศ รูปภาพ 61

รูปภาพ 61: การบำบัดด้วยสุญญากาศ

ขั้นตอนที่ 8: การบ่มการซ่อมแซม

ซ่อมแซมในระหว่างรอบการซ่อมแซมที่ต้องการ การซ่อมแซมทางเท้าเปียกสามารถรักษาให้หายขาดได้ที่อุณหภูมิห้อง อาจเพิ่มอุณหภูมิเป็น 150°F (65.56 องศา) เพื่อเร่งการบ่ม การซ่อมแซมพรีเพกจะต้องได้รับการรักษาในระหว่างรอบการแข็งตัวที่สูงขึ้น ส่วนประกอบที่ถอดออกจากเครื่องบินที่จะซ่อมแซมสามารถนำไปบ่มในห้องร้อน เตาอบ หรือหม้อนึ่งความดันได้ ดังแสดงในรูปที่ 62 ผ้าห่มอุ่นใช้สำหรับการซ่อมแซมบนเครื่องบิน

หลังจากการบ่ม ให้เอาวัสดุที่ห่อหุ้มออก และตรวจสอบการซ่อมแซม การซ่อมแซมควรไม่มีหลุม แผลพุพอง และพื้นที่ที่เรซินได้รับหรือสูญเสีย ขัดแผ่นซ่อมเบา ๆ ด้วยกระดาษทรายเพื่อให้พื้นผิวเรียบซึ่งจะไม่ทำให้เส้นใยเสียหาย ใช้การเคลือบพื้นผิวและการเคลือบแบบนำไฟฟ้า (ทนคลื่นแสง)

รูปภาพ 62: การซ่อมแซมที่หายแล้ว

ขั้นตอนที่ 9: โพสต์-การตรวจสอบการซ่อมแซม

โดยปกติแล้ว การตรวจสอบด้วยภาพ การแตะ หรืออัลตราโซนิกมักใช้ในการตรวจสอบความหนาของการซ่อมแซม หากพบข้อบกพร่อง แผ่นปะซ่อมที่ซ่อมแซมจะถูกลบออก ดังแสดงในรูปที่ 63

รูปภาพ 63: ตรวจสอบหลังการซ่อมแซม

หากแผงควบคุมการบินได้รับการซ่อมแซม ให้ดำเนินการตรวจสอบความสมดุล และตรวจสอบให้แน่ใจว่าแผงควบคุมการบินที่ซ่อมแซมนั้นอยู่ภายในช่วงของ SRM การไม่ทำเช่นนั้นอาจส่งผลให้เกิดการพูดคุยเรื่องการควบคุมการบิน และลดความปลอดภัยของเที่ยวบิน

ที่จะดำเนินต่อไป

แหล่งที่มาของเว็บไซต์สาธารณะ "Composites Frontier"