热塑性复合材料对航空结构的维修

热塑性复合材料在日益增大的飞机结构中的价值也得到验证，它支持快速制造，能满足未来窄体和先进空中机动平台预期的更高生产率。热塑性复合材料结构还可以实现焊接组件，省去了紧固件，从而进一步缩短了生产时间、成本和重量。并且，在更大的部件上使用热塑性塑料，如纵梁、框架、舱壁和机身蒙皮板，是非常有益的。顶级航空供应商的目标是将热塑性复合材料应用于可能实现自动化高速率生产的应用中，即在极短的周期内重复熔化、成型和固化材料。

飞机在使用中会受到损坏需要修理，热固性复合材料的修复技术已经得到了很好的发展，包括使用粘结复合材料修复补丁修复原始结构的常见方法。自上世纪90年代以来，热塑性复合材料结构修复已经开始流行，但类似的修复技术仍在发展中。

在实际操作中，有以下工艺序列：

1. 检测损坏: 光学测量系统检查要修复的部件，并确定需要移除的材料的面积和深度，尽可能减少损坏。
2. 研磨修复区域: 去除损坏的材料（使用五轴超声移动块机器人），提供一致的质量、尺寸精度和可重复性。为了用精确的修复补丁替换被移除的层，修理区域被加工成阶梯状。
3. 测量修复区域: 必须精确测量阶梯修复区域，以制作精确贴合的修复补丁。
4. 制作修复补丁: 使用定制的纤维铺放和连续纤维3D打印制作修复补丁预制件，然后进行加固。
5. 修整补丁: 加固后测量补丁，并与阶梯式修复表面进行比较。
6. 焊接补丁:使用激光束焊接将补丁熔合到修复区域。

常见的热塑性复合材料焊接方式有红外焊接、超声波焊接和感应焊接。评测焊接的效果，多以焊接接头的拉剪强度判定。超声波焊接的效果一般最好，但材料本身对焊接部件性能的影响较大，对特定热塑复合材料最佳焊接工艺参数的研究，是当下研究的重点。

当前，研究的材料主要为纤维增强聚酰胺6 (PA6)和聚苯硫醚(PPS)。国外团队还在研究制造带有曲面的补丁、在弯曲部位焊接/融合曲面补丁，以及使用碳纤维增强低熔点聚芳基醚酮(LM-PAEK)带状材料。