船舶复合材料损伤补强修复技术
船舶复合材料损伤补强修复技术种类繁多，根据不同的修复方法和材料的选择，可分为以下几类：
1. 湿法铺层法 将增强材料浸渍在树脂中，然后一层一层地铺设在损伤部位，并进行固化，以达到修复目的方法。 湿法铺层法是一种比较传统的复合材料修复方法，具有工艺简单、成本低廉等优点，但其修复质量受施工人员技术水平的影响较大。
2. 干法铺层法 将预浸渍材料铺设在损伤部位，并进行固化，以达到修复目的方法。 干法铺层法比湿法铺层法具有更高的修复质量，但其工艺也更加复杂，成本也更高。
3. 真空辅助树脂注入法 将树脂注入到损伤部位并抽真空，以达到固化和修复的目的方法。 真空辅助树脂注入法是一种比较新的复合材料修复方法，具有修复质量高、效率高等优点，但其设备投入成本较高。
4. 预制补强片法 将预制的补强片粘贴在损伤部位，以达到修复目的的方法。 预制补强片法是一种比较简单快捷的复合材料修复方法，具有施工周期短、成本低廉等优点，但其修复质量不如湿法铺层法和干法铺层法
船舶复合材料损伤补强修复技术的选择，需要根据损伤的类型、程度、位置以及修复成本等因素综合考虑。 对于轻微的损伤，可以使用湿法铺层法或干法铺层法进行修复； 对于严重的损伤，则需要使用真空辅助树脂注入法或预制补强片法进行修复。
02 主要的损伤修复技术 1. 真空辅助树脂传递模塑修复技术 船舶复合材料损伤真空辅助树脂传递模塑修复技术（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding，VARTM）是一种先进的复合材料修复技术，也是目前船舶复合材料损伤修复的常用技术之一。 该技术通过将真空泵与树脂注入系统相结合，在复合材料结构的损伤部位形成负压环境，使树脂在真空的作用下渗透到损伤部位，固化后形成新的复合材料层，从而修复损伤。 （1）VARTM修复技术的实施步骤 ①准备工作：首先，对损伤区域进行清洁和打磨，去除表面异物和杂质。然后，在损伤区域周围制作隔离膜，以防止树脂渗漏。 ②放置增强材料：根据损伤的具体情况，选择合适的增强材料，如玻璃纤维布、碳纤维布或芳纶纤维布等。将增强材料裁剪成适当的形状和尺寸，并将其放置在损伤区域上。 ③安装真空袋：在增强材料上覆盖一层透气毡，然后在其上覆盖一层真空袋。真空袋应与隔离膜严密贴合，以确保真空度的均匀性。 ④连接真空泵：将真空泵与真空袋连接，并启动真空泵。真空泵将从真空袋中抽取空气，形成负压环境。 ⑤注入树脂：将树脂与固化剂混合，并将其注入真空袋中。树脂在真空压力的作用下，沿着增强材料的纤维方向渗透，并与之发生交联反应，形成新的复合材料层。 ⑥固化：在室温或加热条件下，树脂固化，形成坚固的复合材料层。固化完成后，拆除真空袋和隔离膜，完成复合材料损伤的修复。 （2）VARTM修复技术的优点 ①修复质量高：VARTM修复技术能够在损伤部位形成与原结构相同的复合材料层，修复后的结构强度和刚度与原结构相当，甚至更高。 ②修复效率快：VARTM修复技术的操作步骤简单，不需要复杂的模具，修复时间短，可以快速修复船舶复合材料结构的损伤。 ③适用范围广：VARTM修复技术可以用于修复各种类型的复合材料损伤，包括裂纹、孔洞、脱层等。 ④操作简便：VARTM修复技术的操作步骤简单，不需要特殊的操作技能，即使是普通工人也可以轻松掌握。 ⑤成本低廉：VARTM修复技术所需要的材料和设备相对较少，修复成本低廉。 （3）VARTM修复技术的局限性 ①修复面积有限：由于真空袋的尺寸有限，VARTM修复技术只能修复小面积的复合材料损伤，对于大面积的损伤，需要分块修复。 ②修复难度较大：VARTM修复技术对操作人员的技术水平要求较高，需要熟练掌握真空泵的操作和树脂的配比，否则很难保证修复质量。 ③修复时间长：VARTM修复技术需要等待树脂固化，修复时间相对较长。 （4）VARTM修复技术的应用前景 ①船舶领域：VARTM修复技术是目前船舶复合材料结构损伤修复的常用技术之一，已成功用于修复船体裂纹、孔洞、脱层等损伤。 ②航空领域：VARTM修复技术已成功用于修复飞机机翼、尾翼、襟翼等复合材料部件的损伤。 ③风电领域：风力发电叶片是复合材料制成的，在使用过程中容易受到雷击、冰雹等因素的损坏，VARTM修复技术可以快速修复风力发电叶片上的损伤，延长叶片的使用寿命。 ④汽车领域：汽车复合材料结构的损伤修复也是VARTM修复技术的重要应用领域之一，可用于修复汽车保险杠、车身面板等复合材料部件的损伤。随着汽车复合材料结构的广泛应用，VARTM修复技术也将得到越来越广泛的应用。
2. 手糊修复技术 手糊修复技术是将树脂与固化剂按一定比例混合，然后用毛刷或滚轮将其涂覆在损伤部位，并用玻璃纤维布或碳纤维布进行加固。 手糊修复技术可以修复各种类型的复合材料损伤，包括裂纹、孔洞、脱层、腐蚀等。 （1） 手糊修复技术的实施步骤 ①准备工作：首先，需要对损伤部位进行清理，去除所有污垢、油脂和其他异物。然后，需要对损伤部位进行打磨，以去除毛刺和粗糙的表面。 ②涂覆树脂：将树脂与固化剂按一定比例混合，然后用毛刷或滚轮将其涂覆在损伤部位。树脂需要涂覆均匀，以确保修复后的复合材料具有良好的强度和刚度。 ③铺设玻璃纤维布或碳纤维布：在树脂固化之前，需要在树脂上铺设玻璃纤维布或碳纤维布。玻璃纤维布或碳纤维布需要与树脂完全浸透，以确保修复后的复合材料具有良好的强度和刚度。 ④固化：将修复后的复合材料放置在适当的温度和湿度下，使其固化。固化时间通常需要数天或更长时间。 ⑤打磨和抛光：固化后的复合材料表面通常比较粗糙，需要进行打磨和抛光才能获得光滑的表面。 （2）手糊修复技术的优点 ①工艺简单、成本低廉：手糊修复技术操作简单，不需要特殊的设备和工具，即可实现复合材料的修复。同时，手糊修复技术所需要的材料价格低廉，可以大大节省修复成本。 ②使用范围广、修复效果好：手糊修复技术可以修复各种类型的复合材料损伤，包括裂纹、孔洞、脱层、腐蚀等，修复效果良好。 ③可在现场修复：手糊修复技术可以在现场进行修复，无需将损坏的复合材料部件拆卸下来。这可以大大缩短修复时间，减少修复成本。 （3）手糊修复技术的缺点 ①修复时间长：手糊修复技术需要一定的时间来完成，通常需要数天或更长时间。这是因为手糊修复技术需要等待树脂和固化剂固化。 ②表面粗糙：手糊修复技术的表面通常比较粗糙，需要进行打磨和抛光才能获得光滑的表面。 ③强度较低：手糊修复后的复合材料的强度通常低于原始复合材料的强度。这是因为手糊修复技术中使用的树脂和固化剂的强度通常低于原始复合材料中使用的树脂和固化剂的强度。 （4）手糊修复技术的应用前景 ①应用：手糊修复技术可以广泛应用于各种船舶复合材料结构的修复，包括船体、甲板、舱壁、管道等。该技术也可以用于修复其他类型的复合材料结构，例如风力发电机叶片、汽车部件等。 ②趋势：手糊修复技术正在向自动化（提高修复效率和质量，并降低劳动强度）、智能化（实现对修复过程的实时监控和调整，并提高修复质量）和绿色化（减少对环境的污染，并提高修复材料的回收利用率）方向发展。 纳米技术、3D打印技术、自修复复合材料、生物基复合材料等正逐渐应用于手糊修复技术中。
3. 预浸料固化修复技术 预浸料固化修复技术是指利用预浸料和固化剂在一定温度和压力下固化，将复合材料损伤部位修复的一种技术。 预浸料是预先浸渍了树脂的增强材料，通常由纤维织物或碳纤维布等增强材料浸渍环氧树脂或聚酯树脂制成。预浸料具有强度高、重量轻、耐腐蚀性好等优点，是复合材料修复的常用材料。 （1）预浸料固化修复技术的实施步骤 ①表面处理：对损伤部位进行表面处理，去除油污、锈蚀等杂质。 ②预浸料裁剪和铺设：根据损伤部位的形状和尺寸，裁剪出合适的预浸料。将预浸料铺设在损伤部位，并用压辊压实。 ③固化：固化工艺是预浸料修复的关键步骤，其目标是将预浸料与受损区域牢固结合。固化工艺通常包括以下几个步骤： 【预处理】：对受损区域进行预处理，包括清洁、打磨等，以确保预浸料与受损区域的良好结合。 【预浸料铺设】：将预浸料铺设在受损区域上，并用滚筒或其他工具压实，以确保预浸料与受损区域充分接触。 【加热固化】：将受损区域加热到预浸料的固化温度，并保持一段时间，以使预浸料固化。 ④后处理：固化完成后，对修复区域进行后处理，包括打磨、抛光等，以确保修复区域的外观和性能。 （2）预浸料固化修复技术的优点 ①修复速度快：预浸料固化修复技术可以快速修复受损的复合材料结构，大大缩短了修复时间。 ②修复质量高：预浸料固化修复技术可以实现高强度的修复，修复后的复合材料结构具有与原始结构相同的强度和性能。 ③可靠性强：预浸料固化修复技术具有很强的可靠性，修复后的复合材料结构可以长期使用，不会出现二次损坏。 ④适用范围广：预浸料固化修复技术可以用于各种类型的复合材料结构的修复，包括船体、甲板、舱壁等。 （3）预浸料固化修复技术的发展前景 预浸料固化修复技术是一种成熟的修复技术，但仍有很大的发展潜力。其研究方向主要集中在提高修复质量、提高效率和降低成本等方面。 随着新材料和新工艺的不断出现，预浸料固化修复技术也将不断得到改进和完善，以满足复合材料结构修复的更高要求。
03 损伤修复质量检测与评价 1. 无损检测 无损检测是利用物理学、化学、声学、电学、磁学等原理和技术，对船舶复合材料损伤修复质量进行检测，而不损坏被检件的一种检测方法。 无损检测具有快速、准确、灵敏、无损等优点，是船舶复合材料损伤修复质量检测的重要手段。 常用的无损检测方法包括： ① 超声波检测 利用超声波在复合材料中传播时，遇到缺陷会发生反射或透射的原理，检测复合材料内部的缺陷。 ② 射线检测 利用X射线或v射线穿透复合材料时，遇到缺陷会发生吸收或散射的原理，检测复合材料内部的缺陷。 ③ 红外热成像检测 利用复合材料内部缺陷处温度与周围温度不同的原理，检测复合材料内部的缺陷。 ④ 声发射检测 利用复合材料内部缺陷处应力释放时产生的声波，检测复合材料内部的缺陷。 ⑤ 磁粉检测 利用复合材料内部缺陷处磁力线分布不同的原理，检测复合材料内部的缺陷。
2. 半损检测 半损检测是指进行质量检测时，会对被检件造成轻微损伤的检测方法。半损检测具有快速、准确、灵敏等优点，但对被检件有一定的损伤。 常用的半损检测方法包括： ① 拉伸试验 将复合材料试样拉伸至破坏，测定试样的拉伸强度、屈服强度、伸长率等力学性能。 ② 弯曲试验 将复合材料试样弯曲至破坏，测定试样的弯曲强度、屈服强度、挠度等力学性能。 ③ 剪切试验 将复合材料试样剪切至破坏，测定试样的剪切强度、屈服强度、切变角等力学性能。
3. 破坏性检测 破坏性检测是指进行质量检测时，将被检件破坏的检测方法。破坏性检测具有准确、可靠等优点，但对被检件造成完全损伤。 常用的破坏性检测方法包括： ① 金相检验 将复合材料试样磨平、抛光后，用显微镜观察试样的组织结构。 ② 断口分析 将复合材料试样破坏后，观察试样的断口形貌。 ③ 力学性能试验 将复合材料试样破坏后，测定试样的力学性能。
4. 质量评价
船舶复合材料损伤修复质量检测后，需要对检测结果进行评价，以确定修复质量是否合格。质量评价通常采用以下方法：
① 合格/不合格评价 根据检测结果，将修复质量分为合格和不合格两类。 ② 等级评价 根据检测结果，将修复质量分为优等、良等、合格、不合格等几个等级。 ③ 定量评价 根据检测结果，对修复质量进行定量评价，如修复强度、修复刚度、修复耐久性等。
复合材料修复技术的发展趋势是朝着高性能、高可靠性、高耐久性的方向发展，并与其他新技术相结合，形成新的复合材料修复技术体系.
