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第1章 复合材料与复合材料保养导论1

1.1 复合材料定义1

1.2 复合材料的历史1

1.3 复合材料的优缺点2

1.3.1 复合材料的优点2

1.3.2 复合材料的缺点2

1.3.3 热固性树脂基复合材料的优点3

1.3.4 热固性树脂基复合材料的缺点3

1.3.5 热塑性树脂基复合材料的优点3

1.3.6 热塑性树脂基复合材料的缺点3

1.4 复合材料在飞机、游艇、汽车和高速列车的应用4

1.4.1 早期飞机结构4

1.4.2 现代飞机结构和其他应用4

1.5 复合材料结构的维护8

1.5.1 复合材料构件损伤源8

1.5.2 使用过程中损伤的避免和性能劣化的改善9

参考文献11

第2章 材料12

2.1 纤维增强材料12

2.1.1 高性能纤维和常用金属材料的比较12

2.1.2 玻璃纤维12

2.1.3 碳纤维18

2.1.4 芳纶纤维23

2.1.5 硼纤维25

2.1.6 其他新型纤维25

2.2 增强体形式28

2.2.1 带28

2.2.2 织物28

2.3 纤维油剂和浸润剂36

2.3.1 玻璃纤维浸润剂36

2.3.2 碳纤维表面处理38

2.3.3 芳纶纤维表面处理38

2.3.4 新型纤维的上浆剂和表面处理39

2.4 树脂基体39

2.4.1 热塑性树脂39

2.4.2 热固性树脂40

2.4.3 树脂基体和胶黏剂性能要求43

2.4.4 环氧和酚醛预浸料与胶膜——固化阶段45

2.4.5 环氧湿铺贴树脂的混合和混合速率47

2.4.6 聚酯树脂49

2.5 胶黏剂49

2.5.1 液体和糊状胶黏剂49

2.5.2 发泡胶黏剂51

2.5.3 胶膜51

2.5.4 胶层厚度控制54

2.5.5 使用环境对树脂体系的影响55

2.6 芯材58

2.6.1 木材59

2.6.2 泡沫芯材59

2.6.3 蜂窝芯材60

2.6.4 槽式芯材66

2.6.5 合成芯材66

2.7 人工泡沫和封装化合物67

2.7.1 封装化合物、树脂体系和胶黏剂的填料68

2.7.2 另外一些填料69

2.8 保护涂层69

2.8.1 密封剂69

2.8.2 底漆72

2.8.3 面漆73

2.8.4 导电涂层74

2.8.5 抗冲刷涂层75

2.8.6 其他保护涂层75

参考文献76

第3章 运输和贮存79

3.1 运输及接受货物79

3.2 温度要求79

3.3 贮存具体要求79

3.3.1 温度要求79

3.3.2 清洁和损伤预防81

3.3.3 吸湿损伤的防护83

3.3.4 标识83

3.3.5 发货单和质量证明85

3.4 贮存期/适用期86

3.5 配套分装87

3.6 再确认88

3.7 在机库或车间的材料维护88

第4章 制造技术90

4.1 纤维缠绕90

4.2 织物和预浸带的铺贴方法91

4.2.1 手工铺贴（湿铺贴和预浸料铺贴）91

4.2.2 自动铺带技术93

4.3 拉挤技术93

4.4 树脂传递模塑成形94

4.5 注射模压成形95

4.6 丝束铺放97

4.7 压机模压成形97

4.8 真空胶结97

4.9 热压罐胶结97

4.10 烘箱固化101

参考文献101

第5章 原始设计准则102

5.1 主结构，一级结构和二级结构102

5.1.1 复合材料机身部件的损伤源104

5.1.2 故障后果105

5.2 复合材料结构类型105

5.2.1 层合结构（层合板）105

5.2.2 夹层结构106

5.3 铺层方向110

5.3.1 经向纤维排列112

5.3.2 平衡与对称113

5.3.3 嵌套和堆栈114

5.4 芯材取向115

5.5 操作环境115

5.5.1 温度115

5.5.2 湿度115

5.5.3 污染物116

5.5.4 侵蚀116

5.5.5 热应力117

5.5.6 湿热效应117

5.5.7 阻燃性117

5.6 电学要求118

5.6.1 电偶腐蚀118

5.6.2 电磁界面121

5.6.3 静电放电121

5.6.4 雷击防护122

5.6.5 雷达波透过率122

5.7 力学要求123

5.7.1 拉伸和弯曲强度123

5.7.2 刚度124

5.7.3 疲劳124

5.7.4 抗冲击性（损伤容限）125

5.7.5 蠕变126

5.8 连接/接头126

5.8.1 胶结接头127

5.8.2 机械紧固/铆接接头130

5.9 其他设计要求131

5.9.1 气动光滑性131

5.9.2 重量和平衡131

参考文献131

第6章 安全与环境134

6.1 引言134

6.2 胶结车间的条件136

6.3 可吸入的纤维和粉尘138

6.3.1 玻璃纤维138

6.3.2 碳纤维和石墨纤维138

6.3.3 芳纶纤维138

6.3.4 砂纸打磨灰尘139

6.4 烟雾和蒸气139

6.4.1 树脂烟雾139

6.4.2 溶剂蒸气140

6.4.3 密封剂蒸气140

6.4.4 涂料140

6.4.5 燃料141

6.4.6 酸烟气和酸飞溅141

6.4.7 曝露极限141

6.5 皮肤接触142

6.5.1 与皮肤接触的纤维142

6.5.2 与皮肤接触的树脂142

6.5.3 与皮肤接触的溶剂143

6.5.4 挑选合适的手套143

6.5.5 用于个人保护的润肤霜144

6.6 材料安全性数据表144

6.7 放热反应145

6.8 废物处理145

6.9 安全规程146

6.9.1 紧急情况急救程序146

6.9.2 一般的安全程序146

6.9.3 个人安全措施147

6.9.4 皮炎147

6.10 当发生化学品溢出时需要采取的行动149

6.11 爆炸危险149

6.12 静电放电和防火150

6.12.1 预防静电放电150

6.12.2 防火150

6.13 使用电气设备需要注意的安全问题151

6.14 国际标准化环境管理组织标准152

参考文献152

第7章 损伤和修理评估154

7.1 目视检测154

7.2 敲击试验156

7.3 超声检测158

7.4 X射线检测161

7.5 涡流检测162

7.6 热成像163

7.7 胶结试验仪163

7.8 湿度仪164

7.9 干涉测量法/剪切成像165

7.10 损伤类型167

7.11 机械损伤的根源169

7.12 损伤绘图（Mapping）170

7.13 损伤信号的评估171

参考文献175

第8章 源文件177

8.1 修改系统177

8.2 有效性177

8.3 图样编号体系178

8.4 内部文件179

8.5 材料和工艺标准180

8.6 原始设备生厂商文件182

8.7 管理文件183

8.8 美国空中运输协会ATA 100体系183

8.9 飞机维护手册184

8.10 零件维护手册184

8.11 大修手册184

8.12 图示零件目录184

8.13 结构修理手册185

8.14 发动机手册186

第9章 结构修理手册修理方法选择187

9.1 零件定义187

9.2 损伤分类187

9.2.1 损伤专用术语187

9.2.2 关键区域188

9.2.3 允许/可忽略损伤188

9.2.4 可修复损伤189

9.2.5 大修或替换190

9.2.6 其他考虑190

9.3 修理方法191

9.3.1 快速修复带191

9.3.2 树脂密封191

9.3.3 灌封修理192

9.3.4 双面螺接（金属板）和双面胶结（复合材料补片）192

9.3.5 预固化/共固化贴补处理192

9.3.6 室温湿铺贴193

9.3.7 高温湿铺贴193

9.3.8 预浸料修理194

9.3.9 斜嵌搭接和阶梯搭接修理194

9.3.10 复合材料修理金属196

参考文献196

第10章 修理技术198

10.1 准备198

10.1.1 漆膜去除200

10.1.2 脱胶方法200

10.1.3 损伤去除203

10.1.4 除湿和去污207

10.1.5 复合材料表面准备——修理打磨和确定铺层207

10.1.6 水膜破坏测试210

10.1.7 金属表面准备211

10.2 典型修理211

10.2.1 封边的修理211

10.2.2 芯材和单侧蒙皮损伤的修理213

10.2.3 芯材和上下蒙皮损伤的修理213

10.2.4 混杂复合材料的修理214

10.2.5 盲修215

10.2.6 注胶修理216

10.2.7 实心层合板的修理217

10.2.8 灌注填充修理218

10.2.9 金属—金属胶结219

10.2.10 塑料焊接（用溶剂或热）219

10.3 胶黏剂的使用219

10.4 封装材料、分离膜、分离织物、剥离铺层、透气布、吸胶布、吸胶织物和应用工艺技术219

10.4.1 术语219

10.4.2 选择准则221

10.4.3 表面封装与整体封装223

10.4.4 打褶224

10.4.5 封装顺序224

10.4.6 真空要求和原理225

10.4.7 盖板和坝的应用232

10.4.8 垂直渗胶方法233

10.4.9 挤出（边缘渗出）方法233

10.4.10 零渗胶方法234

10.4.11 铺层压紧和压实234

10.4.12 去除封装的注意事项和典型问题235

10.5 固化阶段和温度——加热工艺技术235

10.5.1 固化阶段的定义235

10.5.2 低温固化236

10.5.3 高温固化236

10.5.4 直接和间接加热的比较236

10.5.5 温变率和保温时间237

10.5.6 温度控制和监控238

10.5.7 热电偶的放置238

10.5.8 温度控制问题239

10.5.9 热修补仪和加热毯的应用239

10.5.10 冷源241

10.5.11 热电偶242

10.5.12 加热或冷却期间零件的变形243

10.6 修理后的检测243

10.7 表面恢复246

参考文献247

第11章 机械紧固系统248

11.1 引言248

11.2 紧固件类型248

11.2.1 紧固件标准249

11.2.2 紧固件兼容性250

11.2.3 铆钉250

11.3 螺钉、螺母和螺栓252

11.3.1 特种紧固件（特种螺栓）255

11.3.2 锁紧螺栓255

11.3.3 六角传动螺栓257

11.3.4 特种盲孔螺栓259

11.4 垫环、螺栓嵌件和垫圈261

11.5 螺孔的准备263

11.5.1 钻孔263

11.5.2 孔的尺寸和公差266

11.5.3 边缘距离和紧固件孔距266

11.5.4 孔的保护266

11.6 紧固件的安装和去除267

11.6.1 紧固件的安装267

11.6.2 紧固件的去除274

11.7 紧固件的替换274

11.8 胶结紧固件275

11.9 复合材料紧固件276

参考文献277

第12章 文件编制279

12.1 工艺过程控制文件279

12.1.1 固化图表/数据条279

12.1.2 例行和非例行工作文件279

12.1.3 无损和有损检测数据292

12.1.4 试样测试结果292

12.1.5 净化间温度和湿度292

12.1.6 恢复使用/日志签字同意292

12.2 校准记录292

12.3 材料控制记录294

12.4 零部件文件296

12.5 培训记录296

第13章 车间设备和手动工具298

13.1 手动工具和技术298

13.1.1 钻机298

13.1.2 高速磨机300

13.1.3 切割器具301

13.1.4 手工镂铣机301

13.1.5 轨路式砂纸磨机302

13.1.6 石膏绷带切削器（摆锯）302

13.1.7 涂漆设备303

13.1.8 涂抹器303

13.2 车间设备303

13.2.1 带锯303

13.2.2 空气压缩机304

13.3 加热设备305

13.4 测量仪器306

13.5 健康和安全设备308

参考文献309

第14章 工装和模具制造310

14.1 引言310

14.2 盖板和坝的制作311

14.3 石膏模制作312

14.4 脱模剂/分离膜313

14.5 简单室温工装313

14.6 室温固化预浸料工装314

14.6.1 铺层314

14.6.2 压实工序（Debulk）315

14.6.3 最后封装工序316

14.6.4 热压罐固化316

14.6.5 时间的限制317

14.6.6 室温或低温初期固化后的分步后固化工序317

14.6.7 支撑结构318

14.6.8 新复合材料工装的最初涂覆分离底漆的处理319

14.6.9 低温固化材料的发展319

参考文献319

第15章 金属胶结321

15.1 引言321

15.1.1 历史和要求321

15.1.2 黏着原理324

15.1.3 金属胶结的优点和弱点328

15.2 表面准备方法329

15.2.1 研磨清理332

15.2.2 Pasa-Jell332

15.2.3 氢氟酸蚀刻处理332

15.2.4 喷砂/硅烷334

15.2.5 阿洛丁（Alodine或者Alochrom 1200）334

15.2.6 波音的Boegel EP Ⅱ溶胶-凝胶工艺335

15.2.7 FPL蚀刻336

15.2.8 铬酸阳极处理336

15.2.9 磷酸阳极处理336

15.2.10 Metadalic/Sifco Selective Plating（英国）Ltd339

15.2.11 Ciba激光预处理（CLP）340

15.2.12 其他表面准备341

15.3 底胶341

15.3.1 使用底胶的原因341

15.3.2 底胶的类型342

15.3.3 底胶的使用342

15.3.4 固化/干燥343

15.3.5 厚度的校验344

15.4 底胶的搬运和管理344

参考文献345

第16章 复合材料零件设计准则347

16.1 引言347

16.2 收到的报告的分析347

16.3 分析报告中未提到的其他所需的设计特征365

参考文献367

第17章 修理设计369

17.1 通用的修理设计369

17.1.1 修理设计导言369

17.1.2 层合板的加载369

17.1.3 修理理论和设计要求371

17.2 层合板修理设计376

17.2.1 层合板修理设计导言376

17.2.2 层合板修理设计考虑因素377

17.2.3 修理设计的层合板分析技术387

17.2.4 面内剪切强度（？）398

17.3 芯材修理设计400

17.3.1 夹芯结构中芯材的功能和负载400

17.3.2 芯材、密度和格孔尺寸403

17.3.3 芯材修理设计的建议[11，14]403

17.4 胶结接头修理设计404

17.4.1 胶结接头导言404

17.4.2 胶结接头的类型[14，18]404

17.4.3 胶结接头的失效模式[21]406

17.4.4 胶结接头中的胶黏剂行为407

17.4.5 胶黏剂剥离应力和位移[24]422

17.4.6 耐久性——疲劳、蠕变和环境影响430

17.4.7 胶结接头修理的考虑因素431

17.4.8 胶结接头的修理设计建议[11，14，21]431

17.5 机械紧固接头432

17.5.1 机械紧固接头导言432

17.5.2 紧固层合板的失效模式[2，18]433

17.5.3 紧固件失效模式[18]435

17.5.4 开孔应力集中——复合材料和金属的比较[21]436

17.5.5 机械紧固接头的加载436

17.5.6 负载的紧固件孔洞438

17.5.7 紧固件载荷分布和接头几何形状440

17.5.8 针对紧固接头的铺层取向443

17.5.9 护垫和混杂材料的应用444

17.5.10 紧固复合材料接头的疲劳性能[21]445

17.5.11 间隙和填隙层的影响[21]445

17.5.12 紧固件的选择[21]446

17.5.13 夹芯壁板的机械紧固修理448

17.5.14 紧固接头的修理建议[11，14，21]451

参考文献451

作者介绍455

后记459