创新热塑性复合材料修复——用于高性能航空结构件的修复和制造

德国航空航天中心 (DLR) 2015启动的一个研究项目，旨在开发一种技术，用于在足够高的温度下为高性能热塑性航空结构应用复合材料修复补丁。时至今日，这项技术被称为 FlexIn Heat，已用于热固性和热塑性复合材料的修复和制造。

目前热塑性复合材料应用于大型商业航空结构的困难是其在结构损坏的情况下难以修复。如果要将修补片应用于受损零部件，必须使用热粘合机或类似设备将修补片固化到层压板上并提供所需的热量及压力。

当涉及高性能热塑性塑料时——例如 PEEK（聚醚醚酮）、PEKK（聚醚酮酮）和 PAEK（聚芳醚酮），其挑战更大。因为这些材料需要高达数百摄氏度的温度才能固化，而许多修复系统暂且还不能满足这些条件。

此次德国航空航天中心这个关于航空件修复的项目中，其中提供加热解决方案的是 一家德国斯图加特的公司msquare GmbH，它具有基于电磁感应的柔性加热系统，能够在高温下固化零件。

该公司一直致力在寻找用于对 PEEK 和 PEKK 等高性能材料进行全面维修的加热解决方案。目前开发了利用电磁感应（通过电磁场通过电产生热量）的解决方案并申请了专利，该技术可达到 400°C 的柔性加热。并将该技术称之为FlexIn Heat。

FlexIn Heat 系统由多个组件组成。其主要组成件Red300 是一款移动式热焊机和控制器，可与热电偶传感器连接并以数字方式记录数据。它连接到定制设计的三层产品：内部带有感应线圈的硅胶加热毯、绝缘层和导电金属片，也称为感受器。这些通过定制的纤维铺放 (TFP) 缝合在一起，形成约 2 毫米厚的产品。

据称此感应系统不会直接产生热量。相反，它会产生电磁场。当导电感受器材料进入电磁场时会产生热量。感应器内形成涡流，几乎瞬间且均匀地产生非常高的温度，可达 400°C。

且无论磁性如何，感受器可以是任何金属，也可以是碳纤维，尽管后者的导电性不如金属。

除了达到热塑性塑料所需的温度外，该解决方案还提供精确的局部加热，因为感应毯本身没有被加热，只有感受器被加热。使用者可将这些感受器切割成只加热修复区域所需的形状。

Msquare 还开发了热粘合机和控制单元，以及与该系统一起使用的软件。这些包括编程到特定的加热斜坡，如果需要，可以使用多个梯度加热阶段，或受控冷却阶段。加热毯可以在冷却过程中加热以实现更平缓的温度冷却，或使用冷却管来冷却感应线圈。在使用热塑性复合材料时，这种控制水平尤其重要。

除了感应热粘合机和加热毯系统，此FlexIn Heat系统还提供使用电阻空气加热的系统。这些也可用于修复或固化热固性或热塑性复合材料。

据称FlexIn Heat 自商业化以来，已用于多个航空复合材料修复项目，包括空客车公司（法国图卢兹）。