火车复合材料维修探究

【摘 要】 复合材料是由两种或两种以上的原材料，通过各种工艺方法组合成的新材料。其应用在机车领域越来越广泛。复合材料在火车上的应用日趋广泛，其应用和修理水平亟待提高。本文以火车复合材料防火地板为例，开展关于火车复合材料维修的探究。

【关键词】 复合材料损伤 复合材料检查 复合材料修理

1 火车复合材料

1.1 应用种类

火车复合材料结构通常被称为"纤维增强塑料"。这是因为它使用高强度的纤维增强材料，嵌入在一种树脂基体里，以层或层片的形式叠加起来，形成层板。然后使用一种精确控制的加压加热工艺把该层板固化为一种非常坚固和坚硬的结构。组成火车复合材料的组元有纤维增强材料，基体和界面层。

1.2 火车复合材料防火地板

火车复合材料防火地板的构造为夹层结构，其上蒙皮为耐磨、高强、防滑、防水的高性能复合材料；下蒙皮为高强度、耐水、防火复合材料；中间夹芯层为轻质、保温、隔热隔音材料。

高性能火车防火复合地板的特点如下：①轻质高强。复合材料火车地板的质量为l0kg/m2左右。强度高。地板的承载能力为5kN/m2；还可以设计更高承载能力的地板。②防火性好。复合地板蒙皮为不燃材料.发生车祸后地板不会起火、使用安全。③耐水性好。地板耐水洗、浸水不变形、不分层。浸水3个月后，强度仍能保留80%～90%。

高性能无机复合材料火车地板，克服了木地板资源缺乏和不防火的缺陷；也克服了PVC地板强度不高、冷脆及不防火的缺点，是火车改进中的第三代地板材料，实用价值很高，市场也很大。

2 火车复合材料防火地板的损伤

（1）复合材料基体树脂裂纹损伤。火车复合材料防火地板在承受拉伸载荷或交变载荷时，我们首先能在火车复合材料防火地板偏轴层内观察到基体裂纹。例如，[0/90/±45]s层合板90°铺层中的裂纹比[0/±45/90]s层合板90°铺层中的裂纹多。所有火车复合材料防火地板偏轴层的裂纹加在一起，有60%～90%的裂纹产生在20%疲劳寿命以前。（2）复合材料撞击损伤。火车复合材料防火地板耐撞击的性能较差。常会因受到外来物撞击而产生损伤。当撞击能量低于某个水平时，虽然目视不能觉察到损伤，这种损伤可能导致强度显著降低。复合材料结构在使用过程中，可能会因受到撞击而产生各式各样的损伤，可分为硬物体撞击和软物体撞击损伤。（3）复合材料层间分层损伤。火车复合材料防火地板的铺层顺序将决定在自由边缘处产生的层间法向应力是拉应力还是压应力。例如，[30/90]s层合板在拉伸载荷作用下，自由边缘处产生的层间法向应力是拉应力，而在压缩载荷作用下所产生的是压应力。

3 复合材料损伤的修理

3.1 复合材料修理设备

在火车复合材料防火地板结构修理固化过程中，需要对修理部位进行加温；在修理中可以设定一个指示最高温度的热电偶来控制修理固化周期，热补仪在修理固化周期中可以监控真空袋中的真空水平，如果真空袋出现异常，热补仪会发出报警。

3.2 复合材料修理辅助材料

辅助材料是火车复合材料防火地板修理完后它并不成为修理部件的一部分。辅助材料指的是在修理过程中被用来辅助固化工艺或帮助固化达到正确的纤维-树脂比率的材料。

辅助材料有：分离膜/织布、吸胶材料和透气棉、真空袋膜、做真空袋的密封胶带等。这些材料有不同的成分、厚度和温度范围可供选择。

3.3 复合材料修理材料

（1）树脂材料：树脂用于浸渍纤维织物，树脂是双组分环氧树脂系列。在两组分混合使用前，各组分可以在室温下保存。（2）纤维织物：纤维织物（纤维织物和纤维单向带）是湿铺层修理的铺层材料。湿铺层修理由用户采用纤维织物浸涂树脂进行的铺层修理。

参考文献：

[1]田秀云，杜洪增等.复合材料结构机维修，中国民航出版社，1996.

[2]David L.Brewer.An Introduction to Advanced Composite Structures Repair.Aircraft Maintenance Technology，2000.

[3]波音公司.composite repair for technicians，1998.

[4]刘德忠，费仁元等.制造工程组织学.科学出版社，2005.