吹树脂颗粒法除漆对复合材料性能的影响

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1、吹树脂颗粒法除漆对复合材料性能的影响作者：陈云鹏孙涛陈雁骉来源：航空维修与工程2018年第08期图1堂验流程因芨1 试脸顼目序号试验顶目试验方法试片材料试片数最指标要求1外规放大镜检斎所有试杵表面40除漆前石复材表面间 无拯陆娈形无斛维 损伤等缺附2超声法所有试件40除滦羽右夏材无分层、 脱粘等缺陷变化3层间斡切 程度矩耀法.按照T171-201S 标命 檢测T700 5428毎样亠件*扶湘件除漆前右.曹切强度 变化情况（室温）E240-?222除漆前百,剪切强度 变化情况（宰温）4弯曲强岌按聘（迪T站盹-1999标墙检测T700. 5428每样于件，共件除摩前后,弯曲强度 变化悄况（室温）按

2、胆GB T 1449标EW240./5222每样5件，共2件降漆前后.经向强喘 变化悄况（室温）a) EW240试样除漆前状态b) EW24Q试样除迷后狀态图2 E训2斗D除漆前治形貌a) TMO试样除湊前状态b) TWO罠样除添启状态图3 TFOC除漆侖后形號F载荷力图4 短梁法测层间剪切强度示意图层间剪切强度试样的长度1=20 1mm,宽度b=10 土 0.2mm,厚度h=2 土0.2mm。按照公式计算层间剪切强度。x4 bh(1)其中为层间剪切强度，单位 MPa；F为最大载荷，单位N；b为试样宽 度,单位mm ； h为试样厚度,单位mm。对T700.EW240样件进行除漆前 后层间剪切强

3、度的对比试验，每种复合 材料样件选用5件进行原始剪切强度检 测，剩余5件进行喷漆除漆后剪切强度 检测。检查方法按照JC/T 773-2010标准 要求进行检测。具体检测结果如图5、图 6所示。为正确评估复合材料的力学性能, 对试验数据进行统计分析，具体试验数 据包括性能的平均值、标准差和离散系 数，相应公式为：X =-n(2)Sn-1 =/殆卅一辰2/n-1(3)cv=xioo%(4)x其中，X为层间剪切强度平均值;n层间剪切层创剪切样件ft (MPa)样件強 l(MPa)A1S6.5Bl78.2A288.9B2阪8A385.5B383.1A4WSB476.6A592B589.4徐滦后除滦前图

4、5 T700除漆前后层间疥切强度层间剪切除漆em切样件機度（MPa）强度（血）A656.5B657.8A756.8B?53.1A856.8B855.8A955.3B957.8A1057.9B1059.8除涿前隆漆后图6 EW240除漆输后层间剪切殘度原始孝曲强度除濛弯曲强虞样件(MPa)样件(MPa)C11488D114396021374.7IV1453C31573.51)31279.7041593.5D41357.3C51585.5I）、1661 4除潦前除涙后图7 T700除;泰前后弯曲强度原始弯曲侵度除涤弯曲强度样件(MPa)(MPa)C6755.2D6729C7701D7715 1C8

5、6964D8731.5C9677.1D9707.4C10696 9D10679.3除濛倾除济右16图8 EW240徐漆前后弯曲谈度对复合材料样件进行弯 曲强度性能检测，T700/5428弯 曲强度试样长度为80lmm, 宽度为12.5 0.5mm,厚度为 20 2mm EW240/5222 弯曲强 度试样长度为80 2mm,宽度为15 0.2mm,厚度为3 4mm。按照下列公式计算弯曲强度。3P-L X2b*h2其中df为弯曲强度，单位 MPa ； P为最大载荷,单位N丄为 跨距，单位mm ； b为试样宽度,单 位mm ； h为试样厚度,单位mm。摘要：复合材料的性能特点使其表面漆层除漆困难。

6、本文介绍了一种吹树脂颗粒法(PMB)除漆技术，论述了其工作原理和工艺流程。选用T700和EW240复合材料作为样 件，通过检测除漆前后的外观形貌、分层脱粘、层间剪切强度、弯曲强度等性能，分析该除漆 技术对复合材料性能的影响。结果表明，采用PMB技术进行复合材料除漆，未对复合材料性 能产生不利影响，除漆效果达到预定要求。关键词：PMB;复合材料;除漆0 引言随着复合材料技术水平的发展，复合材料产品在航空航天领域的应用日益广泛。由于复合 材料具有比刚度和比强度高、密度小、耐腐蚀、耐疲劳等优点，在飞机机体材料中的应用量逐 步增加，复合材料制件已成为飞机零件的主要组成部分1。因此，复合材料的修理技术研

7、究是 飞机修理技术研究的一项重要课题，其中一个关键课题就是复合材料表面除漆技术的研究。由于化学脱漆剂容易导致复合材料产生渗透、溶胀、分层等问题，因此不允许将化学脱漆 剂应用于复合材料表面除漆。目前，复合材料表面除漆采用的主要方式是手工打磨。该方式的 缺点一是工作效率低，劳动强度大;二是漆层去除不均匀，质量很难保证;三是容易导致复合材 料表面纤维的损伤。因此，迫切需要寻找一种取代传统手工打磨方式，高度智能化、自动化的 复合材料除漆技术，以适应复合材料零件修理产业化需求。国外在20世纪末开发了吹树脂颗粒法（Plastic Media Blasting，简称PMB）除漆技术，通 过喷涂树脂介质颗粒对

8、复合材料表面进行除漆，取得了良好的效果。本研究选取两种飞机常用 的复合材料T700和EW240作为试验样件，通过PMB技术进行表面除漆，并检测除漆前后样 件相关性能的变化，以论证该除漆法对复合材料性能的影响。1 PMB 除漆技术1.1 工艺原理PMB 技术是一种快速、安全、有效、环保的温和干式喷砂除漆技术，是利用高速喷射的 气体，裹挟特殊的固体树脂介质颗粒，在短时间内不断冲击涂层表面，通过半柔半刚的机械碰 撞、摩擦、切削，反复作用于涂层，使其硬度不断降低，附着力减弱，最终使涂层逐渐粉碎并 从基材表面脱落。该技术是以代替化学和手工打磨方法为目的而研发的新型除漆技术， PMB 工艺的最大优点在于所

9、选介质的硬度介于基材和漆层硬度之间，在准确的参数（压力、流量角 度、速度、停留时间）控制下，能实现除漆以及基材无损伤的双重效果o PMB技术可以快速 无损伤地清除铝、镁、钛、铜、钢等飞机常用金属表面的底漆和面漆，同时也可以应用于化学 除漆和手工打磨无法处理或需谨慎对待的碳纤维、玻璃纤维、凯芙拉、诺梅克斯等层压、夹 层、蜂窝结构复合材料表面的涂层清除。在对喷射参数进行精密控制的条件下，PMB技术可 以达到分层除漆的效果，即根据需求除去制定的面漆、中间漆，保留底漆等。PMB技术是环 保型的除漆技术，除漆过程不产生有害物质，对于大气、水源、土壤等环境不产生危害，实现 自动化除漆后，不影响操作人员的身

10、体健康。除漆产生的废弃物为树脂介质和涂层碎屑，可通 过填埋、焚烧或用于建筑材料的方式进行处理。该技术已经在欧美等发达国家航空领域得到广 泛应用，美国将PMB技术与机器人自动化技术融合的进程开始于1992年，在犹他州希尔空军 基地建造了机器人除漆系统（RPSC）对F-16战机进行除漆，RPSC是世界上第一个完全自动 化的飞机脱漆PMB系统。其他应用如美国西科斯基飞机公司应用该技术进行直升机表面除漆1.2除漆设备PMB 除漆设备采用“机器人自动化飞机除漆系统”，该系统分为执行系统和控制系统两部 分。执行系统包括喷砂设备、机器臂、运行轨道、噴砂房体及除尘分离系统等，控制系统包括 机械臂终端控制、喷砂

11、设备自动控制、视觉判别系统、防碰撞系统等。控制系统的专用软件包 括机器人控制系统、PMB设备控制系统及其他集成控制系统等。上述系统集成在一个软件平 台，形成系统综合控制软件，用于PMB除漆智能技术的运行控制、数据分析存储等。1.3 工艺流程PMB 除漆的工艺流程为：复合材料表面防护一设计机械臂运行轨迹一设定喷射参数一除 漆系统运行一表面清洁。1）表面防护：采用贴合良好的防冲击胶带对复合材料非除漆面进行防护。2）设计机械臂运行轨迹：根据复合材料表面形状，设计机械臂运行轨迹，以保证喷嘴按 照工艺要求运行。3）设定喷射参数：根据复合材料表面涂层的厚度及特点，设定喷射树脂颗粒的参数，包 括树脂粒度、喷

12、嘴压力、喷射角度、喷射距离等。4）除漆系统运行：启动除漆系统，开始除漆作业，直至除漆完成。5）表面清洁：采用吸尘器或其他等效设备对复合材料表面进行清洁，清除残留的粉尘和 磨料，在喷漆前还应采用溶剂进行擦洗，避免残留物质影响喷漆质量。2 工艺试验2.1 试验方案选择飞机常用的T700和EW240两种复合材料，开展样件原始性能及PMB除漆后的性能 对比检测，分析PMB除漆技术对复合材料性能的影响。具体项目包括外观性能影响、内部分 层性能影响和力学性能影响等相关试验项目，检测标准及判定依据按照复合材料技术标准执 行。本试验项目仅涵盖复合材料的部分性能，试验项目根据PMB技术可能产生的影响进行适 当选

13、择，不对复合材料的纤维体积含量、树脂质量含量、孔隙率和夹杂物等因制造产生的性能 进行试验检测。本试验方案仅对PMB技术对复合材料损伤进行评估，不对复合材料自身的性 能进行试验评价。具体试验流程如图1 所示。2.2样件制备样件分别采用T700/5428和EW240/5222复合材料制作。层间剪切强度试样尺寸为：长度 20lmm,宽度100.2mm,厚度20.2mm,数量为每种1 0件。T700/5428弯曲强度试样尺寸 为：长度80Imm,宽度12.50.5mm,厚度20.2mm,数量为10件。EW240/5222弯曲强度试 样尺寸为：长度802mm,宽度150.2mm,厚度34mm,数量为10

14、件。对其中一半试样进行喷漆,具体喷漆要求为：清漆一层+专用底漆一层+通用底漆两层+面 漆两层，涂层总厚度在100150“m。按照工艺要求进行涂层固化。2.3工艺参数PMB系统除漆的工艺参数：树脂颗粒的粒度为3060目;喷嘴压力为25 40psi;喷射角度 为300 600;喷射距离为300 600mm;介质流量为114kg/h滁漆时间：直至漆层完全去除。具体试验项目及要求见表 1。3 结果与讨论3.1 外观检查对所有样件进行外观检查,对喷漆除漆后的样件进行再次检查,对比除漆前后的外观形 貌。检查方法为采用20倍电子放大镜检查，检查结果表明：在采用设定的PMB参数进行除漆 后，复合材料表面未出现

15、纤维损伤及结构变形等现象，EW240样件表面残留微量的漆层， T700样件表面漆层完全清除，如图2、图3所示。3.2分层脱粘检查选用FCC-D复合材料超声探伤仪对复合材料样件进行超声检测，选用5MHzFJ-1的水囊 探头，超声探伤仪与探头配用时，检验系统的灵敏度余量应大于6dB;盲区应小于0.12mm。对样件在PMB除漆前后均进行超声检测，样件均未发现分层脱粘现象。3.3层间剪切强度检查采用短梁法测定复合材料样件的层间剪切强度，具体方法见JC/T 773-2010纤维增强塑 料短梁法测定层间剪切强度,试验示意图如图4所示。层间剪切强度试样的长度l=201mm,宽度b=100.2mm,厚度h=2

16、0.2mm。按照公式（1）計算层间剪切强度。其中，TM为层间剪切强度，单位MPa;F为最大载荷，单位N;b为试样宽度，单位一.h为 试样厚度，单位一。对T700、EW240样件进行除漆前后层间剪切强度的对比试验，每种复合材料样件选用5 件进行原始剪切强度检测，剩余5件进行喷漆除漆后剪切强度检测。检查方法按照JC/T 773- 2010 标准要求进行检测。具体检测结果如图5、图 6 所示。为正确评估复合材料的力学性能，对试验数据进行统计分析，具体试验数据包括性能的平 均值、标准差和离散系数，相应公式为3：其中，x为层间剪切强度平均值;n为试样数量;Sn-1为样本标准差活为层间剪切强度值;CV 为

17、性能离散系数（%）。从上述检测结果来看，T700试样在PMB除漆前后层间剪切强度的变化较大，除漆前层间 剪切强度值的离散性较小，除漆后强度值的离散性较大。除漆后的性能离散系数约为9.84%， 而除漆前的性能离散系数约为 3.14%。但并未呈现趋势性的性能下降现象，部分数值还呈现了 增长。从平均值计算，除漆前后的层间剪切强度均值降低了 3.94MPa,降幅约4.44%。EW240 试样在 PMB 除漆前后层间剪切强度的变化较小，强度值的离散性较小，除漆前的 性能离散系数约为 1.64%，除漆后的性能离散系数约为 4.45%。从平均值计算，除漆前后的层 间剪切强度均值上升了 0.2MPa,升幅约0

18、.35%。综合检测结果表明， PMB 除漆对复合材料层间剪切强度的影响未呈现明显的因果关系， 即未导致复合材料的层间剪切强度下降。3.4 弯曲强度检查对复合材料样件进行弯曲强度性能检测，T700/5428弯曲强度试样长度为801mm,宽度 为12.50.5mm,厚度为20.2mm。EW240/5222弯曲强度试样长度为802mm,宽度为 150.2mm,厚度为3 - 4mm。按照下列公式计算弯曲强度。其中，Q为弯曲强度，单位MPa;P为最大载荷，单位N;L为跨距，单位mm;b为试样宽 度，单位mm;h为试样厚度，单位mm。对 T700、 EW240 样件进行除漆前后弯曲强度对比试验，每种复合材

19、料样件选用 5 件进行 原始弯曲强度检测，剩余 5 件进行喷漆除漆后弯曲强度检测。 T700 样件按照 GB/T 3356-1999 标准进行检测， EW240 样件按照 GB/T 1449 标准进行检测。具体检测结果如图7、图 8 所示。通过试验数据可以看出， T700 材料和 EW240 材料采用 PMB 工艺后弯曲强度变化也不 大，其中T700材料的弯曲强度均值增加84.84MPa，增幅约5.9%;EW240材料的弯曲强度均值 略增7.14MPa,增幅约1%。T700材料除漆前的弯曲强度性能离散系数约为9.94%，除漆后的 性能离散系数约为6.11%;EW240材料除漆前的弯曲强度性能离

20、散系数约为4.17%，除漆后的 性能离散系数约为 2.95%。4 结论选取两种复合材料T700和EW240进行表面涂层PMB除漆试验，经过检测分析，结论如 下：1）采用PMB技术除漆后，复合材料的外观未产生不良影响，未发现分层脱粘现象。2）采用PMB技术除漆后，复合材料的层间剪切强度未呈现明显下降趋势。3）采用PMB技术除漆后，复合材料的弯曲强度略有提升。参考文献1 中国航空工业集团公司复合材料技术中心航空复合材料技术M.北京：航空工业出版 社， 2013.2 杰姆-伯杰/陈琳褪漆溶剂的代用问题J.航空工程与维修，2001（3）.3 白光辉先进复合材料力学性能测试标准图解M.北京：化学工业出版社，2015.