"

 "

•"•

第一章 先進復合材料概述
一、先進復合材料
復合材料一般是由兩種材料的組合而成，一是纖維增強物，是主要傳遞載荷的材料，另一是基體，它將纖維粘接在一起，并在側面支持纖維，這種組合形成了很高的強度重量比。
就本教程而言，主要涉及的是民航飛機的修理，先進復合材料定義為：通過在基本上均質的基體中埋置高強度、高模量纖維而制成的復合材料，如石墨 "環氧， %&’( "環氧等等。新型的玻璃 "環氧也是先進復合材料。
二、復合材料的一般描述
（一）材料的形式 )*長絲長絲亦稱長纖維，是一根根的連續纖維，除了在幾何不連續處以外，在一個構件中通常沒有長絲的端頭。股是由 )+++到 ),++根長絲并在一起，一般又稱為絲束，紗或束。中等強度的纖維在飛機復合材料結構中用得最多 *用長絲束制成單向帶和布。 ,*單向帶單向帶是由紗在樹脂基體中沿著單一方向排列而成。常常以預浸的形式提供，樹脂的作用是將紗粘在一起。 -*織物織物是由紗、纖維或長絲織成的材料。經紗指的是沿縱向的長紗，大致平行于卷料的展開方向，一般經線方向設為零度。在編織圖案里緯紗垂直于經紗，通常經紗的數量多于緯紗，經向的材料強度大于緯向，因此在復合材料制造與修理中，正確識別經向十分重要。為便于識別，常間隔地插入其他顏色的示蹤紗定義經紗，如插入黃色的 %&’(經紗，抽掉一根線形成 ,”./”的矩形格子來定義經向。此外，在預浸料的塑料底膜上用紅色示蹤線表示經向，或用沿著經向的菱形圖案來確定經向。（二）布邊布邊是防止織物綻裂所織的邊，因為布邊的編織與布本身不一樣，而且強度也不 •/10•
 

一樣，因此，在制造和修理使用之前應除去布邊。為了防止層合板的扭曲，在修理操作過程中，應當特別注意各鋪層之間的順序均衡和方向的對稱 鋪層方向的符號作參考用。
三、纖維制造
碳 "石墨纖維是由聚丙烯腈、聚乙烯及人造絲合成，預先氧化并保持在  % &’大約一小時 預氧化纖維更能承受碳化 "石墨化的溫度，且有較好的碳鏈方向。以制造中等強度的纖維 進行碳化石墨化發生在  % &(溫度下 ) %分鐘，這樣便制成了高強度高模量纖維 電爐的高溫去除了碳鍵上的氫、氧及氮，留下了具有方向性的碳鏈。碳化形成任意的無定形的結構 而石墨化使結晶的方向密度與模量增加。對新的纖維進行表面氧化處理來提高與基體樹脂的粘接性。有時在處理纖維時適量涂抹環氧樹脂，然后將這種材料纏繞起來送到材料制造廠織成布或帶。
四、纖維布的織造圖案
纖維布有許多編織方式，最常用的方式如圖。最常見到的形式是玻璃纖維 )型， *+,-./ )型，石墨纖維 &*%0 %12型。因為它們編織得很緊，可以防止濕氣浸入。因此，它們總是用作蜂窩夾芯的面板。
3綜魷破斜紋緞織布是一種較松的編織物，因而易作復雜外形的鋪層，它們大約是平紋布厚度的兩倍，主要用于厚的層合板和有較大曲度的復合材料面板。
)平紋編織
平紋編織是最簡單的編織形式，每股交替地上下平行穿過。圖例所示是用一個由兩個較小的紗柬擰在一起的絲束。顯然它是在經向和緯向上用同等數量紗束的平紋編織。
眾絲平紋
雙絲平紋是用兩個絲束代替每一單個絲束而制成的平紋編織。
&斜紋或緞紋編織
在這些編織類型中，在把一個單束編到下面之前，這束要平行穿過幾個束。如果它搭在兩個上面，叫斜紋編織，如果一個弧形搭在三個或四個上面或多于四個，叫緞紋編織。一個 “4綜紕緞紋”是四股在上，一股在下的編織，一個 “3綜統緞紋”是七股在上一股在下的編織。
5紗纟羅這種圖案的編織是把緯向的絲束固定在有一定空間的兩經向絲束中。這種圖案允許用兩個絲束纏繞交替來編織織物。 4混雜 •606•
 
混雜織物是兩種或多種纖維共用一個基體，以使織物具有更廣的性能，例如彈性、剛度、抗損傷性，吸附樹脂，或降低價格。混雜形式多種多樣。
，中間層
用在不同層中的兩種或多種增強材料，用來獲得所希望的性能（見圖 " ）。
五、預浸單向帶的制造
石墨單向帶總是以預浸帶的形式提供。它的處理及固化特性和預浸布相似。
石墨單向帶根據寬度需要以卷軸的形式提供。絲束和涂著樹脂的背紙一起被加熱并經過壓輪。熱和壓力一起使得石墨絲束嵌入樹脂，紙仍然在里面作為分離介質。預浸帶和紙在過程的末端卷起來，形成最終的帶。
標記：標記是預浸料制造商在材料卷軸的末端所作的記號。標記表明附近范圍內有缺陷存在。從預浸料中切取修理層時，應避免這些缺陷。允許制造商在一卷材料上有一定數量的缺陷而用戶不能拒收。這就是為什么挑選符合規格的材料是非常重要的原因。
僅在石墨纖維材料里才有帶。帶易于在復雜外形上平展拼合。在制造過程中應用鋪帶機使鋪層損傷減到最小。修理時一般不用帶。
帶的優點是：
（%）如果制造的部分均在帶與織物的承力范圍之內，帶比布便宜。
（"）其寬度較窄，能減少間隙和重疊。
（&）在制造過程中，材料的浪費比布少。
（’）帶能形成光滑而嚴實的表面。
（(）帶比織物的強度和剛度高，能高出 %)*。但如結構修理手冊（ +,-）有規定，那末，可以用織物來替代帶進行修理。
帶的缺點是：
（%）帶是單向的，只能承受一個方向的載荷。
（"）易產生邊緣層間分離，因為沒有緯紗來使單向的經紗固定在一起。
六、預浸織布的制造
最初的預浸織布是用戶將織物在樹脂中直接浸潤而成的。一卷卷的織物通過一個盛有液態樹脂的容器，制成的浸潤材料，立即鋪用，形成復合材料組件。這種方法不能提供穩定的樹脂含量和其他性質。因此浸潤過程換為一個能在嚴格范圍可控過程的單獨設備。今天的預浸料是由織物或非織材料與樹脂處理到 .階段（又稱乙階段樹脂），準備用于最終處理。 .階段是熱固性樹脂的中間固化階段，介于未處理與完全處理 •//•
 

之間。預浸料含有 " %的樹脂重量，其余是纖維。
　
中國航空網 www.k6050.com
航空翻譯 www.aviation.cn
本文鏈接地址：飛機檢測與維修實用手冊 2(97)