1 Aushärtung von Verbundwerkstoffen
Aushärtezyklen sind Zeit-, Temperatur- und Druckzyklen, die zum Aushärten von duroplastischen Harzsystemen oder Prepregs verwendet werden. Die Aushärtung der Reparatur ist ebenso wichtig wie die Aushärtung des Originalteilmaterials. Im Gegensatz zu Metallreparaturen, bei denen das Material vorgefertigt ist, müssen bei Verbundwerkstoffreparaturen Techniker das Material herstellen. Dazu gehören alle Speicher-, Verarbeitungs- und Qualitätskontrollfunktionen. Der Wiederherstellungszyklus für die Flugzeugwartung beginnt mit der Materiallagerung. Unsachgemäß gelagerte Materialien beginnen auszuhärten, bevor sie für die Restaurierung verwendet werden können. Alle Zeiten, Temperaturen und Anforderungen müssen eingehalten und dokumentiert werden. Informationen zum korrekten Reparaturzyklus für das zu reparierende Teil finden Sie im Handbuch zur Flugzeugstrukturreparatur.
1.1 Aushärtung bei Raumtemperatur
Die Aushärtung bei Raumtemperatur ist im Hinblick auf Energieeinsparungen und Tragbarkeit am vorteilhaftesten. Bei Raumtemperatur ausgehärtete Nasslaminat-Reparaturen stellen nicht die Festigkeit oder Haltbarkeit der ursprünglich bei 250℉ (121 Grad) oder 350℉ (176,67 Grad) ausgehärteten Komponente wieder her und werden typischerweise für Nasslackierungsreparaturen an unkritischen Komponenten verwendet. Bei Raumtemperatur aushärtende Reparaturen können durch Erhitzen beschleunigt werden. Die maximale Leistung wird bei 150℉ (65,56 Grad) erreicht. Ein Vakuumbeutel kann verwendet werden, um das Laminat zu verfestigen und einen Weg für das Entweichen von Luft und flüchtigen Stoffen zu schaffen.
1.2 Hochtemperaturhärtung
Alle Prepregs werden durch Hochtemperaturzyklen ausgehärtet. Bei einigen Nasslagenreparaturen werden längere Aushärtezyklen eingesetzt, um die Festigkeit der Reparatur zu erhöhen und den Aushärtungsprozess zu beschleunigen. Härtungsöfen und Hot Bonder verwenden Vakuumbeutel, um das Laminat zu verfestigen und einen Weg für das Entweichen von Luft und flüchtigen Stoffen zu schaffen. Autoklaven nutzen Vakuum und Überdruck, um das Laminat zu verfestigen und einen Weg für das Entweichen von Luft und flüchtigen Stoffen zu schaffen. Die meisten Heizgeräte verwenden programmierbare Computersteuerungen, um den Aushärtungszyklus durchzuführen. Der Bediener kann aus einem Menü verfügbarer Aushärtungszyklen auswählen oder sein eigenes Programm schreiben.
Thermoelemente werden in der Nähe der Reparaturstelle angebracht und liefern eine Temperaturrückmeldung an die Heizeinheit. Typische Aushärtetemperaturen für Verbundwerkstoffe liegen bei 250℉ (121 Grad) oder 350℉ (176,67 Grad). Die Temperatur eines großen Teils, das in einem Ofen oder Autoklaven ausgehärtet wird, kann sich von der Temperatur des Ofens oder Autoklaven während des Aushärtungszyklus unterscheiden, da sie wie ein Kühlkörper wirken. Die Temperatur des Teils ist für die ordnungsgemäße Aushärtung von größter Bedeutung. Daher werden Thermoelemente am Teil angebracht, um die Temperatur des Teils zu überwachen und zu steuern. Ein Ofen- oder Autoklaven-Lufttemperaturfühler zur Messung der Ofen- oder Autoklaventemperatur ist nicht immer ein zuverlässiges Gerät zur Bestimmung der Aushärtungstemperatur von Teilen. Wenn das Teil oder Werkzeug als Wärmesenke fungiert, können die Ofentemperatur und die Teiletemperatur sehr unterschiedlich sein.
Der Hochtemperatur-Härtungszyklus besteht aus mindestens drei Teilen.
-Aufwärmen:Die Heizeinheit erwärmt sich auf eine eingestellte Temperatur, normalerweise zwischen 3℉ (-16,1 Grad) und 5℉ (-15 Grad) pro Minute.
-Holding:Die Heizeinheit hält die Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum aufrecht.
-Kühlung:Die Heizeinheit kühlt auf eine eingestellte Temperatur. Die Kühltemperatur liegt normalerweise unter 5℉ pro Minute. Wenn die Heizeinheit unter 125℉ fällt, kann das Teil zerlegt werden. Wenn Sie Teile mit einem Autoklaven aushärten, achten Sie darauf, den Druck im Autoklaven zu entlasten, bevor Sie die Tür öffnen. Wie in Abbildung 53 dargestellt.
Abbildung 53: Aushärtungsprozess im Autoklaven
Der Aushärtungsprozess erfolgt durch die Anwendung von Hitze und Druck auf das Laminat. Mit steigender Temperatur beginnt das Harz zu erweichen und zu fließen. Bei niedrigeren Temperaturen findet nur eine sehr geringe Reaktion statt. Eventuelle flüchtige Verunreinigungen wie Luft oder Wasser werden in dieser Zeit mittels Vakuum aus dem Laminat abgesaugt. Die Verdichtung des Laminats erfolgt durch Druckanwendung, meist Vakuum (Atmosphärendruck); Der Autoklav übt zusätzlichen Druck aus, normalerweise 50-100 psi. Wenn sich die Temperatur der endgültigen Aushärtungstemperatur nähert, erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit erheblich und das Harz beginnt zu gelieren. Durch die Beibehaltung der endgültigen Aushärtung kann das Harz die Aushärtung abschließen und die gewünschten Struktureigenschaften erhalten.
2 Reparatur eines zusammengesetzten Wabensandwichs
Ein großer Teil der aktuellen Verbundbauteile für die Luft- und Raumfahrt sind schadensanfällige Leichtbau-Sandwichstrukturen. Da es sich bei Sandwichkonstruktionen um Verbundkonstruktionen mit dünnen Platten handelt, werden Schäden an Sandwichkonstruktionen in der Regel durch Kleben repariert.
Bei der Reparatur von Sandwich-Wabenstrukturen kommen ähnliche Techniken zum Einsatz wie bei den gängigsten Plattenmaterialien wie Glasfaser, Kohlefaser und Kevlar®. Kevlar wird üblicherweise mit Glasfaser repariert. Wie in Abbildung 54 dargestellt.
Abbildung 54: Typische Reparatur von Waben-Sandwichstrukturen
2.1 Schadensklassifizierung
Kurzfristige Reparaturen können die Festigkeitsanforderungen erfüllen, sind jedoch durch Zeit oder Flugzyklen begrenzt. Am Ende der Lebensdauer der Reparatur muss die Reparatur entfernt und ersetzt werden. Durch provisorische Reparaturen kann die erforderliche Festigkeit des Bauteils wiederhergestellt werden. Durch diese Reparatur wird jedoch nicht die erforderliche Haltbarkeit des Bauteils wiederhergestellt. Daher gibt es unterschiedliche Inspektionsintervalle bzw. -methoden. Eine dauerhafte Reparatur ist eine Reparatur, die die erforderliche Festigkeit und Haltbarkeit des Bauteils wiederherstellt. Für die Reparatur gelten die gleichen Prüfmethoden und -intervalle wie für das Originalbauteil.
2.2 Mikroschäden an Sandwichstruktur-Stapelkernen (Packungs- und Vergussreparatur)
Mit der Kapselungsreparatur können Schäden an Sandwich-Wabenstrukturen von weniger als 0,5 Zoll repariert werden. Das Wabenmaterial kann an Ort und Stelle belassen oder entfernt und mit einer Vergussmasse gefüllt werden, um die Stabilität wiederherzustellen. Gekapselte Reparaturen stellen nicht die volle Festigkeit des Teils wieder her.
Bei der Vergussmasse handelt es sich in der Regel um ein mit Epoxidharz gefülltes Isolierglas, Phenol- oder Kunststoff-Mikrokügelchen, Baumwolle, einen Mischer oder ein anderes Material. Die Vergussmasse kann auch als Spachtelmasse für dekorative Reparaturkanten und Hautplatten verwendet werden. Die Vergussmasse wird auch in laminierten Wabenplatten als Festpunkt für Bolzen und Schrauben verwendet. Der Vergussverbundstoff ist schwerer als der ursprüngliche Kern, was die Balance der Flugsteuerung beeinträchtigen kann. Das Gewicht der Reparatur muss berechnet und mit den vom SRM festgelegten Flugkontrollgewichts- und Gleichgewichtsgrenzen verglichen werden.
2.3 Schäden an einer oder beiden Seitenwänden, die einen Austausch und eine Reparatur erfordern
HINWEIS: Die folgenden Schritte dienen nur als Referenz und sollten nicht als direkt auf alle Reparaturmethoden anwendbar angesehen werden.
Schritt 1: Auf Schäden prüfen
Dünne Laminate können einer Sichtprüfung und einem Schlagtest unterzogen werden, um Schäden festzustellen. Dickere Laminate erfordern detailliertere NDI-Methoden wie die Ultraschallprüfung, wie in Abbildung 55 dargestellt. Überprüfen Sie, ob Wasser, Öl, Kraftstoff, Schmutz oder andere Fremdkörper in die Nähe des Schadens eindringen. Wasser kann mit einem Röntgen-, Hintergrundbeleuchtungs- oder Feuchtigkeitsdetektor erkannt werden.
Abbildung 55: Knockout-Testtechnik
Schritt 2: Entfernen Sie das Wasser aus dem beschädigten Bereich
Bevor das Teil repariert werden kann, muss Wasser aus dem Wabenkern entfernt werden. Wie in Abbildung 56 dargestellt, kocht das Wasser, wenn es nicht entfernt wird, während des Hochtemperatur-Härtungszyklus und die Platte dehnt den Kern aus, was zu weiteren Schäden führt. Auch bei niedrigen Temperaturen in großen Höhen kann Wasser im Wabenkern gefrieren, was zum Ablösen der Platten führen kann.
Abbildung 56: Vakuumverpackungsmethode zum Trocknen von Teilen
Schritt 3: Schaden beseitigen
Schneiden Sie den beschädigten Bereich des Teils in eine glatte Form mit abgerundeten Ecken oder in eine runde oder ovale Form. Beschädigen Sie keine unbeschädigten Schichten, Kerne oder umgebendes Material. Wenn auch der Kern beschädigt ist, schneiden Sie den Kern auf die gleiche Kontur wie die Kernhaut. Wie in Abbildung 57 dargestellt.
Abbildung 57: Kernschaden entfernen
Schritt 4: Voreinstellung des beschädigten Bereichs
Verwenden Sie einen weichen Tellerschleifer oder einen Exzenterschleifer, um den gereinigten Schaden mit gleichmäßiger Konizität zu schleifen. Einige Hersteller geben ein Verjüngungsverhältnis an, beispielsweise 1:40, während andere einen Verjüngungsabstand angeben, beispielsweise eine 1-Zoll-Überlappung des vorhandenen Verjüngungsabstands für jede Schicht. Entfernen Sie die Außenbeschichtung, einschließlich der leitfähigen Beschichtung, in einem Bereich, der mindestens 1 Zoll größer als der Konusrand ist. Entfernen Sie sämtlichen Sand und Staub mit trockener Druckluft und einem Staubsauger. Reinigen Sie die beschädigte Stelle mit einem sauberen, mit zulässigem Lösungsmittel angefeuchteten Tuch. Wie in Abbildung 58 dargestellt.
Abbildung 58: Schleifen der Reparaturstelle
Schritt 5: Wabenkern installieren (nasse Schicht)
Schneiden Sie den Ersatzkern mit einem Messer ab. Die Kernstopfen müssen vom gleichen Typ, der gleichen Qualität und der gleichen Qualität sein wie der Originalkern. Die Kernzellen sollten in die gleiche Richtung ausgerichtet sein wie die Waben des umgebenden Materials. Die Stecker müssen auf die richtige Länge zugeschnitten und mit einem zugelassenen Reinigungsmittel gereinigt werden.
Für Nassreparaturen schneiden Sie zwei Schichten gewebten Stoffs zu, die für die Innenfläche der unbeschädigten Haut geeignet sind. Die Stofflagen mit Harz imprägnieren und in das Loch legen. Tragen Sie eine Infusionsmasse um den Kern auf und legen Sie ihn in das Loch. Schneiden Sie für Prepreg-Reparaturen ein Stück Klebefolie passend zum Loch zu und runden Sie die Verstopfung mit Schaumstoffkleber ab. Der Stopfen sollte die Seiten des Lochs berühren. Den Kern der Verstopfung mit dem ursprünglich grundierten Material ausrichten. Reparieren Sie den Bereich mit einem Vakuumbeutel und härten Sie den Ersatzkern in einem Ofen, Autoklaven oder einer Heizdecke aus. Nasse Lagenreparaturen können bei Raumtemperatur bis 150℉ (65,56 Grad) ausgehärtet werden. Prepreg-Reparaturen müssen bei 250℉ (121 Grad) oder 350℉ (176,67 Grad) ausgehärtet werden. In der Regel werden Ersatzkerne in einem separaten Zyklus repariert und nicht zusammen mit dem Patch repariert. Nach dem Aushärten muss die Verstopfung bündig mit der Umgebung abgeschliffen werden. Dies ist in Abbildung 59 dargestellt.
Abbildung 59: Kernaustausch
Schritt 6: Reparaturschichten vorbereiten und installieren
Informationen zum richtigen Reparaturmaterial und zur Anzahl der für die Reparatur erforderlichen Schichten finden Sie im Reparaturhandbuch. Normalerweise installieren Sie eine Schicht mehr als ursprünglich installiert. Schneiden Sie die Schichtdicke auf die richtige Größe und Ausrichtung zu. Die Dicke der Reparaturschicht muss in der gleichen Richtung wie die der ursprünglich zu reparierenden Schicht aufgetragen werden. Imprägnieren Sie die Schicht mit Harz für Nasslackierungsreparaturen oder entfernen Sie das Trägermaterial vom Prepreg. Die Lagen werden in der Regel mit der minimalen Layup-First-Taper-Layup-Reihenfolge verlegt. Wie in Abbildung 60 dargestellt.
Abbildung 60: Patch-Installation
Schritt 7: Vakuumieren Sie die Reparatur
Sobald das Pflastermaterial angebracht ist, verwenden Sie die Installation eines Vakuumbeutels, um die Luft zu entfernen und die Reparatur unter Druck zu setzen, damit sie aushärtet. Anweisungen zur Installation des Vakuumbeutels finden Sie in Abbildung 61.
Abbildung 61: Vakuumbehandlung
Schritt 8: Aushärten der Reparatur
Reparatur während des gewünschten Reparaturzyklus. Nasse Fahrbahnreparaturen können bei Raumtemperatur ausgehärtet werden. Die Temperatur kann auf 150℉ (65,56 Grad) erhöht werden, um die Aushärtung zu beschleunigen. Prepreg-Reparaturen müssen während des erhöhten Aushärtungszyklus ausgehärtet werden. Zur Reparatur aus dem Flugzeug entnommene Komponenten können in einem heißen Raum, Ofen oder Autoklaven ausgehärtet werden, wie in Abbildung 62 dargestellt. Für Reparaturen an Flugzeugen werden Heizdecken verwendet.
Entfernen Sie nach dem Aushärten das eingekapselte Material und überprüfen Sie die Reparatur. Die Reparatur sollte frei von Grübchen, Blasen und Bereichen mit Harzzuwachs oder -verlust sein. Schleifen Sie den Reparaturflicken leicht mit Schleifpapier an, um eine glatte Oberfläche zu erhalten, die die Fasern nicht beschädigt. Tragen Sie eine Oberflächenbehandlung und eine leitfähige Beschichtung auf (lichtwellenbeständig).
Abbildung 62: Ausgehärtete Reparatur
Schritt 9: Veröffentlichen-Reparaturinspektion
Um die Dicke der Reparaturstelle zu überprüfen, wird üblicherweise eine Sicht-, Klopf- oder Ultraschallprüfung eingesetzt. Werden Mängel festgestellt, wird das reparierte Pflaster entfernt. Dies ist in Abbildung 63 dargestellt.
Abbildung 63: Kontrolle nach der Reparatur
Wenn das Flugkontrollpult repariert wurde, führen Sie eine Gleichgewichtsprüfung durch und stellen Sie sicher, dass sich das reparierte Flugkontrollpult innerhalb der Reichweite des SRM befindet. Andernfalls kann es zu Störungen der Flugsteuerung kommen und die Flugsicherheit gefährden.
Fortgesetzt werden
Quelle: Öffentliche Website „Composites Frontier“.