I. Handwerkzeuge
Sowohl Prepreg- als auch Trockenfasern können mit Handwerkzeugen wie Scheren, Pizzaschneidern und Messern geschnitten werden. Materialien aus Kevlar sind schwieriger zu schneiden als Glas- oder Kohlefasern und Werkzeuge nutzen sich schneller ab. Ein Gummischaber und eine Bürste werden verwendet, um die trockene Faser mit der nassen Harzschicht zu imprägnieren. Zur Erstellung des Restaurierungslayouts wurden Marker, Lineale und eine kreisförmige Schablone verwendet. Dies ist in Abbildung 31 dargestellt.
Abbildung 31: Handlaminierungswerkzeuge für Lay-Ups
II. Luftbetriebene-Werkzeuge
Für Verbundwerkstoffe werden luftbetriebene Elektrowerkzeuge wie Bohrmotoren, Oberfräsen und Schleifmaschinen verwendet. Von Elektromotoren wird abgeraten, da Kohlefaser ein leitfähiges Material ist und Kurzschlüsse verursachen kann. Wenn Elektrowerkzeuge verwendet werden, müssen diese vollständig geschlossen sein. Wie in Abbildung 32 dargestellt.
Abbildung 32: Druckluftwerkzeuge für Verbundwerkstoffreparaturen
III. Reifenfolienplatte
Normalerweise wird eine Ummantelungsplatte aus Aluminium verwendet, um das Teil während des Aushärtungsprozesses zu stützen. Auf die Schalung wird ein Formtrennmittel bzw. eine Trennfolie aufgetragen, damit das Teil nicht an der Schalung festklebt. Bei Verwendung eines thermischen Bindemittels werden auch dünn beschichtete Platten im oberen Bereich der Reparatur verwendet. Das beschichtete Blech sorgt für einen gleichmäßiger erhitzten Bereich, der zu einem glatteren Verbundlaminat führt.
IV. Unterstützende Werkzeuge und Formen
Bei einigen Reparaturen sind Werkzeuge erforderlich, um das Teil zu stützen oder das Oberflächenprofil während der Aushärtung beizubehalten. Zur Herstellung dieser Werkzeuge können verschiedene Materialien verwendet werden. Die Art des Materials hängt von der Art der Reparatur, der Aushärtetemperatur und davon ab, ob es sich um ein temporäres oder permanentes Werkzeug handelt. Die Aushärtung im Ofen und Heißpresstank erfordert aufgrund der hohen Aushärtungstemperaturen unterstützende Werkzeuge. Wenn keine Stützwerkzeuge verwendet werden, verzieht sich das Teil. Es stehen viele Arten von Werkzeugmaterialien zur Verfügung. Einige werden an ein bestimmtes Teilprofil angepasst, andere dienen als starre Stützen, um das Profil während der Aushärtung zu halten. Gips ist ein kostengünstiges und praktisches Material zum Konturieren. Es kann mit Glasfaser, Hanf oder anderen Materialien gefüllt werden. Gips ist nicht sehr haltbar, kann aber als temporäres Hilfsmittel verwendet werden. Um die Qualität des Finishs zu verbessern, wird üblicherweise eine Schicht aus glasfaserverstärktem Epoxidharz auf die Seitenfläche des Werkzeugs aufgetragen.
Formharze werden zur Imprägnierung von Glasfasern, Kohlefasern oder anderen Verstärkungsmaterialien zur Herstellung dauerhafter Werkzeuge verwendet. Komplexe Teile werden aus Metall oder Hochtemperatur-Formplatten hergestellt und auf 5-Achsen-CNC-Geräten bearbeitet, um grundlegende Werkzeuge herzustellen, die zur Herstellung von Flugzeugteilen verwendet werden können. Dies ist in Abbildung 33/34 dargestellt.
Abbildung 33: 5-Achsen-CNC-Werkzeug- und Formenbauausrüstung
Abbildung 34: Form der Lufteinlasseinheit
V. Vakuumverpackungsmaterialien
Die Reparatur von Flugzeugkomponenten aus Verbundwerkstoffen wird üblicherweise mit der Vakuumbeutel-Drucktechnik durchgeführt. Um den Reparaturbereich herum wird eine Plastiktüte versiegelt. Anschließend wird Luft aus dem Beutel gepumpt, sodass die Reparaturschichten zusammengezogen werden und keine Luft dazwischen verbleibt. Durch den atmosphärischen Druck entsteht während des Reparaturvorgangs eine starke und sichere Verbindung.
Für die Vakuumverpackung von Teilen stehen verschiedene Prozessmaterialien zur Verfügung. Diese Materialien sind nicht Teil der Reparatur und werden am Ende des Reparaturprozesses entsorgt.
VI. Trennmittel
Ein Trennmittel, auch Filmwerkzeug-Trennmittel genannt, ermöglicht ein einfaches Entfernen des ausgehärteten Teils aus der Form oder Reifenplatte.
VII. Trennplatte
Die Trennschicht schafft einen Weg, durch den Luft und flüchtige Stoffe aus der Reparatur entweichen können. Überschüssiges Harz wird in einem Separator gesammelt. Das Separatormaterial kann aus einer Glasfaserschicht, einem Polyestervlies oder auch einem perforierten, mit Teflon (Teflon)® beschichteten Material bestehen. Das Structural Repair Manual (SRM) beschreibt, welche Art und wie viele Schichten der Trennung erforderlich sind. Generell gilt: Je dicker das Laminat, desto mehr Schichten sind erforderlich.
VIII. Oberflächenlaminate
Oberflächenlaminate werden typischerweise verwendet, um eine saubere Oberfläche für Klebezwecke zu schaffen. Mit dem reparierten Teil wird eine dünne Glasfaserschicht ausgehärtet. Kurz bevor das Teil an einer anderen Struktur befestigt wird, wird die Hautschicht entfernt. Die Hautschicht lässt sich leicht entfernen und hinterlässt eine saubere Oberfläche zum Kleben. Die Hautschichten bestehen aus Polyester, Nylon, fluoriertem Ethylenpropylen (FEP) oder beschichtetem Fiberglas. Wenn sie überhitzen, kann es schwierig sein, sie zu entfernen. Einige beschichtete Häute können unerwünschte Verunreinigungen auf der Oberfläche hinterlassen. Das bevorzugte Abziehmaterial ist Polyester, das zur Vermeidung von Schrumpfung wärmegehärtet werden kann.
IX. Klebeband
Vakuumbeutel-Versiegelungsband, auch Duct Tape genannt, wird zum Verschließen von Vakuumbeuteln an Teilen oder Werkzeugen verwendet. Überprüfen Sie immer die Temperaturbeständigkeit des Klebebands, bevor Sie es anbringen, um sicherzustellen, dass Sie das richtige Klebeband für die Temperaturbeständigkeit verwenden.
X. Poröser Trennfilm
Poröser Trennfilm wird verwendet, um Luft und Flüchtigkeit an der Reparaturstelle zu ermöglichen, wodurch verhindert wird, dass die Trennschicht am Teil oder an der Reparatur haftet. Je nach erforderlicher Austragsmenge stehen unterschiedliche Lochgrößen und Lochabstände zur Verfügung.
XI. Feste Trennmembran
Durch den Einsatz einer festen Trennfolie wird ein Anhaften des Prepregs bzw. der Nassschicht an der Arbeitsfläche oder der Verkleidungsplatte verhindert. Wenn eine feste Trennfolie verwendet wird, verhindert sie außerdem, dass das Harz ausläuft und die Heizdecke oder Beschichtungsplatte beschädigt.
XII. Luft-durchlässige Materialien
Das beschriebene atmungsaktive Material wird verwendet, um einen Weg für den Luftaustritt aus dem Vakuumbeutel bereitzustellen. Das atmungsaktive Material muss Kontakt mit dem Separator haben. Typischerweise werden Polyesterfasern in Gewichten von 4 Unzen verwendet. oder 10 oz. 4 oz. wird für Anwendungen unter 50 Pfund pro Quadratzoll (psi) und 10 Unzen verwendet. wird für 50 - 100 psi verwendet.
XIII. Vakuumbeutel
Vakuumbeutelmaterialien bilden eine robuste Schicht zwischen der Reparatur und der Luft.
Vakuumbeutelmaterialien sind in verschiedenen Temperaturbereichen erhältlich. Stellen Sie daher sicher, dass das für die Reparatur verwendete Material den Aushärtungstemperaturen standhält. Die meisten Vakuumbeutelmaterialien sind für den einmaligen -Gebrauch bestimmt, aber solche aus flexiblem Silikonkautschuk sind wiederverwendbar. In das Verpackungsmaterial werden zwei kleine Einschnitte gemacht, um den Einbau des Vakuumsondenventils zu ermöglichen. Vakuumbeutel sind nicht sehr flexibel, und wenn Sie komplexe Formen anpassen möchten, müssen Sie Schichten im Beutel bilden. Manchmal werden Kuvertbeutel verwendet, der Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, dass der Vakuumdruck die Teile zerdrücken kann. Mehrwegbeutel aus Silikonkautschuk sind flexibler. Einige verfügen über eingebaute-Heizdecken, die das Einpacken erleichtern. Dies ist in den Abbildungen 35/36/37 dargestellt.
Abbildung 35: Verpackungsmaterialien
Abbildung 36: Taschen für komplexe Teile
Abbildung 37: Selbst-verschließende Vakuumbeutel für Heizelemente
XIV. Vakuumausrüstung
Vakuumpumpen werden verwendet, um Luft und flüchtige Stoffe aus dem Vakuumbeutel abzusaugen, um bei Atmosphärendruck fixierte Laminate herzustellen. In Reparaturwerkstätten werden spezielle Vakuumpumpen eingesetzt. Für Flugzeugreparaturen können mobile Vakuumpumpen eingesetzt werden. Die meisten Heißklebstoffe verfügen über eine eingebaute-Vakuumpumpe. Als Vakuumleitungen werden spezielle Luftschläuche verwendet, da normale Luftschläuche beim Vakuumieren plattgedrückt werden können. Vakuumleitungen in Öfen oder Autoklaven müssen den hohen Temperaturen in der Heizeinheit standhalten. Manchmal werden Vakuumdruckregler verwendet, um den Vakuumdruck während des Abfüllens zu reduzieren.
XV. Vakuumverdichtungstisch
Ein Vakuumverdichtungstisch ist ein praktisches Werkzeug zum Zerkleinern von mehrschichtigen Verbundlaminaten. Der Verdichtungstisch ist im Wesentlichen ein wiederverwendbarer Vakuumbeutel, der aus einer Metalltischplatte mit Klappdeckel besteht. Der Deckel verfügt über einen stabilen Rahmen, eine flexible Membran und eine Vakuumdichtung. Die Reparaturschicht wird auf die Tischoberfläche gelegt und unter dem Deckel mit Vakuum versiegelt, um eingeschlossene Luft zu entfernen. Einige der verdichteten Tische waren Hitze ausgesetzt, die meisten jedoch nicht.
XVI. Ofen
Verbundwerkstoffe können in einem Ofen mit verschiedenen Druckanwendungsmethoden ausgehärtet werden. Typischerweise wird ein Vakuummantel verwendet, um flüchtige Stoffe und eingeschlossene Luft zu entfernen und unter atmosphärischem Druck auszuhärten, wie in Abbildung 38 dargestellt. Eine andere Methode der Druckanwendung für die Aushärtung im Ofen ist die Verwendung von Schrumpffolie oder Schrumpfband. Der Ofen härtet das Materialsystem durch zirkulierende Heißluft mit hoher Geschwindigkeit aus. Typische Aushärtungstemperaturen im Ofen liegen bei 250 Grad F (121 Grad) und 350 Grad F (176,67 Grad). Der Ofen verfügt über einen Temperatursensor, der Temperaturdaten an die Ofensteuerung zurückmeldet. Abhängig von der Position des Ofensensors und der Position des Teils im Ofen kann die Ofentemperatur von der tatsächlichen Teiletemperatur abweichen.
Abbildung 37: Doppeltüriger Härtungsofen
Die thermische Masse des Teils im Inneren des Ofens ist normalerweise größer als die thermische Masse des umgebenden Ofens, und die Temperatur des Teils bleibt während des Erwärmungsprozesses erheblich hinter der Ofentemperatur zurück. Um diese Unterschiede zu bewältigen, müssen mindestens zwei Thermoelemente (Chemie) am Teil angebracht und an ein Temperaturerfassungsgerät (separater Diagrammschreiber, Thermobinder usw.) außerhalb des Ofens angeschlossen werden. Einige Ofensteuerungen können über ein Thermoelement (Chemie) gesteuert werden, das am Reparaturteil angebracht ist.
XVII. Heißpresstanks
Heißpresstanksysteme ermöglichen die Durchführung komplexer chemischer Reaktionen in einem Druckbehälter, um eine Vielzahl von Materialien auf der Grundlage vorgegebener Zeit-, Temperatur- und Druckverteilungen zu behandeln. Wie in Abbildung 39 dargestellt, erhöhen Variationen in Materialien und Prozessen die Betriebsbedingungen von Hochtemperatur-Heißpresstanks von 120 Grad (250 Grad F) und 275 kPa (40 psi) auf über 760 Grad (1400 Grad F) und 69.000 kPa (10.000 psi). Hochtemperatur-Heißpresstanks, die bei niedrigeren Temperaturen und Drücken betrieben werden, können mit Luft unter Druck gesetzt werden. Wenn für den Aushärtungszyklus jedoch höhere Temperaturen und Drücke erforderlich sind, sollte ein Gemisch aus Luft und Stickstoff im Verhältnis 50/50 oder 100 % Stickstoff verwendet werden, um das Risiko von Bränden in Hochtemperatur-Heißpresstanks zu verringern.
Abbildung 39: Hochtemperatur-Heißpresstank
Die Hauptkomponenten eines Autoklavensystems sind: ein Gefäß zum Halten des Drucks, eine Quelle zum Erhitzen des Gasstroms und zur gleichmäßigen Zirkulation im Gefäß, ein Untersystem zum Anlegen eines Vakuums an die vom Vakuumbeutel abgedeckten Teile, ein Untersystem zur Steuerung der Betriebsparameter und ein Untersystem zum Laden der Formen in den Autoklaven. Moderne Autoklaven werden von Computern gesteuert, die es dem Bediener ermöglichen, alle Arten von Aushärtungszyklen zu programmieren und zu überwachen. Die genaueste Möglichkeit, den Aushärtungszyklus zu steuern, besteht darin, die Steuerung des Heißpresstanks mit Thermoelementen zu steuern, die am eigentlichen Teil angebracht sind.
Die meisten im Heißpresstank verarbeiteten Teile werden mit einem Vakuumbeutel abgedeckt, der in erster Linie dazu dient, das Laminat zu verdichten und einen Weg für die Entfernung flüchtiger Stoffe bereitzustellen. Durch den Vakuumbeutel kann das Teil mit einem Differenzdruck außerhalb der Heißpresse existieren, ohne direkt der Umgebung der Heißpresse ausgesetzt zu sein. Vakuumbeutel werden auch verwendet, um Teile unterschiedlich stark mit Vakuum zu beaufschlagen.
XVIII. Thermobinder und Wärmelampen
Zu den typischen Heizmethoden an Bord gehören Widerstandsheizdecken, Infrarot-Wärmelampen und Heißluftgeräte. Alle Heizgeräte müssen auf irgendeine Weise gesteuert werden, damit die richtige Wärmemenge zugeführt werden kann. Dies ist besonders wichtig für Reparaturen mit Prepregs und Klebstoffen, bei denen häufig kontrollierte Heiz- und Abkühlraten vorgeschrieben sind.
XIX. Thermoanschlüsse
Ein Thermostecker ist ein tragbares Gerät, das die Heizung basierend auf der Temperaturrückmeldung aus dem Reparaturbereich automatisch steuert. Der Thermobinder verfügt außerdem über eine Vakuumpumpe zur Versorgung und Überwachung der Vakuumausrüstung im Vakuumbeutel. Das thermische Bindemittel steuert den Aushärtungszyklus mithilfe von Thermoelementen, die in der Nähe der Reparaturstelle angebracht sind. Bei einigen Reparaturen sind bis zu 10 Thermoelemente erforderlich. Moderne thermische Bonder können viele verschiedene Arten von Aushärtungsprogrammen ausführen und die Aushärtungszyklusdaten können ausgedruckt oder auf einen Computer hochgeladen werden. Dies ist in Abbildung 40 dargestellt.
Abbildung 40: Hot-Linking-Ausrüstung
XX. Wärmedecken
Eine Heizdecke ist eine flexible Heizung. Es besteht aus zwei Schichten Silikonkautschuk mit einer Metallwiderstandsheizung zwischen den beiden Schichten. Heizdecken sind eine gängige Methode zur Bereitstellung von Wärme für die Flugzeugwartung. Wärmedecken können manuell gesteuert werden; Sie werden jedoch üblicherweise mit einem thermischen Bindemittel verwendet. Die Wärmeübertragung von der Decke erfolgt durch Leitung. Daher muss sich die Wärmedecke anpassen und 100 % Kontakt mit dem Teil haben, was normalerweise durch Vakuumbeuteldruck erreicht wird. Wie in Abbildung 41 dargestellt.
Abbildung 41: Heiße Decke
XXI. Wärmelampen
Infrarot-Wärmelampen können zum Aushärten von Verbundwerkstoffen bei hohen Temperaturen verwendet werden, wenn keine Vakuumbeutel verwendet werden. Sie sind jedoch normalerweise unwirksam, wenn die Aushärtungstemperaturen 150 Grad Fahrenheit überschreiten oder wenn die Fläche mehr als 2 Quadratfuß groß ist. Außerdem ist es schwierig, die Hitze einer Lampe zu kontrollieren, und die Lampen neigen dazu, sehr schnell hohe Oberflächentemperaturen zu erzeugen. Wärmelampen können verwendet werden, um Härtungswärme auf große oder unregelmäßige Oberflächen anzuwenden, wenn sie von einem Thermostat gesteuert werden. Zur Steuerung der Wärmelampe können thermische Bindemittel eingesetzt werden.
XII. Heißluftsysteme
Heißluftsysteme können zum Aushärten von Verbundwerkstoffreparaturen eingesetzt werden und sind hauptsächlich auf kleine Reparaturen und Trockenreparaturbereiche beschränkt. Nachdem das Vakuumieren abgeschlossen ist, liefert ein Wärmegenerator heiße Luft direkt in ein isoliertes Gehäuse, das um den Reparaturbereich herum angeordnet ist. Die heiße Luft umgibt die Reparaturstelle mit einem gleichmäßigen Temperaturanstieg.
Fortgesetzt werden
Quelle: Öffentliche Website „Composites Frontier“.