專利名稱：一種聚酯膠止裂貼片及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光沖擊材料加工應用技術領域，特指一種聚酯膠止裂貼片及其制備方法與 應用，其適用于利用激光沖擊波的力學效應對金屬材料表面進行止裂及表面強化處理。
技術背景工程零部件大多數是承受變幅循環加載， 一般在交變應力作用下，材料發生多次塑性變 形后產生微觀裂紋，這些微觀裂紋即為零件疲勞損壞的起始原因，短小裂紋如果不經過強化 修補就會發展成長裂紋從而引起結構件的斷裂，因此研究有效實用的裂紋止裂方法，預防和 修復裂紋就顯得尤為重要。而實際止裂過程中發現采用止裂貼片能有效地阻止裂紋的擴展， 防止斷裂事故的發生，具有非常重要的實際意義。貼片膠接止裂修補技術，具有簡單、快捷的優點，特別適用于惡劣條件下的修理和維護 工作，作為一種止裂技術，能延緩裂紋的擴展速率。美國人BBudiansky報道采用復合材料補 片膠接修補損傷的金屬零件結構，這是一種優質、高效、低成本的結構修理方法，通過對宏 觀裂紋在裂紋尖端鉆出圓孔，將其鈍化，然后采用補焊的辦法修補整個裂紋。這種辦法對于 表面裂紋是比較有效的，但對于表面有特殊要求和含碳量、合金元素較高的構件，則不能采 用這種辦法，而且對于微觀裂紋的處理也顯示出它的局限性在于結構修理設計的初始階段， 特別是在對補片的形狀、尺寸和鋪層等進行優化設計時，十分不便。西工大的白金澤針對復合材料和金屬結構的穿透型損傷，采用外貼補片修補方式，采用 膠接止裂修補技術的"雙板一彈簧元修正模型"，結合Tasi-Wu準則(層板)和最大應力準 則(膠層)計算其修補強度，并討論了貼補各工藝參數對修補效果的影響規律。然而，這些貼片膠接止裂修補技術方法或由于操作上的困難，或由于需要其它復雜的設 備來完成，其應用均受到很大程度的限制。因此有必要尋找新的裂紋止裂方法和貼片膠接止 裂修補技術，利用新型的止裂材料來解決實際應用中的裂紋止裂。發明內容本發明的目的是提供一種聚酯膠止裂貼片，利用這種止裂貼片可以快速方便的對帶有表 面裂紋的金屬材料激光沖擊止裂，達到延長和提高金屬結構件的可靠性和安全性，解決工程 實際應用的難題。一種聚酯膠止裂貼片，其特征在于組分為聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚酯樹脂、芳香異氰酸酯與三羥甲基丙烷的加成物，各個組分按重量百分比計算，聚己二酸乙二醇酯'5% 15 %,聚酯樹脂50% 70%，芳香異氰酸酯與三羥甲基丙烷加成物25% 35%。上述聚酯膠止裂貼片的制備方法為以聚己二酸乙二醇酯為原料、以溶劑聚酯樹脂為主 成分，以芳香異氰酸酯與三羥甲基丙垸的加成物為固化劑，各組分按照比例混合均勻，烘干， 壓至成片。本發明所述的聚酯膠止裂貼片性能優異，耐沖擊、耐介質、耐高溫，液固態，低粘度， 高滲透型，用于修補鑄件微孔、疏松，焊縫微裂紋時無需加溫、加壓即可滲入缺陷部位，固 化后具有很高的強度，并能承受極高的壓力，密封性能良好，具有抗化學腐蝕、附著力強、 柔性高等特點，而且固化速度快，涂膜性能優良，制成可剪裁的貼片形狀，將柔性止裂貼片 貼覆在金屬裂紋表面，然后在其上噴涂黑漆涂層，從而可以利用激光沖擊力學效應對裂紋表 面進行止裂。激光沖擊止裂過程中，當把止裂貼片通過儲裝頭提供到裂紋部位后，定位機械 手將受損金屬移動到激光沖擊裝置的光斑作用位置，然后儲裝頭將柔性補丁提供到裂紋部位， 激光沖擊后表面通過清理刷清理，直至處理表面平滑干凈。對于缺損性損傷，其需要止裂的 面積、體積均比較大時，可以分層分批激光沖擊止裂。本發明的優點如下-(1) 止裂效果好柔性止裂貼片激光沖擊止裂能提高裂紋區的剛度、靜強度，減小裂紋 尖端應力強度因子，激光沖擊止裂不需要對原結構開孔，不會形成新的應力集中源，有利于 提高結構的損傷容限和抗疲勞性能；(2) 范圍更大激光沖擊可以對任意形狀、任意曲面裂紋進行激光沖擊止裂，而其他止 裂方法都有其局限性；(3) 可設計性強可根據裂紋止裂要求和受力狀況進行貼片的形狀和鋪層設計；(4) 簡單快捷、效率高激光沖擊止裂方法與普通復合材料貼片止裂方法相比，其無需 對修補部位進行長時間高溫固化。通過激光沖擊能量和光斑大小的控制，能夠快速將柔性補 丁材料通過激光沖擊作用修補到金屬結構件的裂紋或裂縫中，很好的起到修復裂紋的作用；(5) 環保性優異激光沖擊止裂不僅使用方便，修補時間短、成本低，而且沒有任何污 染。避免采用回爐、冶煉等回收方式時對環境的二次污染，是綠色的再制造。
圖1、止裂貼片實物2、柔性貼片用于金屬表面裂紋的止裂實物圖 圖3、激光沖擊止裂原理示意圖l-Nd玻璃激光器；2-透鏡；3-透鏡窗口； 4-黑漆涂層；5-聚酯膠止裂貼片；6-微小裂紋； 7-合金試樣；8-工件夾具定位系統圖4、金屬裂紋沖擊止裂前后表面應力對比圖9-聚氨酯膠止裂貼片激光沖擊；10-激光沖擊前表面應力具體實施方式
圖1中，柔性貼片由主要成分為聚酯膠的聚合物組成，是以聚己二酸乙二醇酯為原料、以 溶劑聚氨酯樹脂為主成分，以芳香異氰酸酯與三羥甲基丙烷加成物為固化劑而調和而成的聚 氨酯膠粘劑。在本實施例中，各個組分的比重配比成分為聚己二酸乙二醇酯10%，聚酯樹脂60%，芳香異氰酸酯與三羥甲基丙烷加成物30%，經過配比后的貼片按照金屬裂紋的形狀 要求貼覆于金屬表面，如圖2所示。在本發明中，釹玻璃激光器激發高能激光束通過透鏡后在試樣的裂紋表面聚焦，試樣裂 紋表面依次貼覆聚酯膠止裂貼片和黑漆涂層，將柔性補丁覆于裂紋表面后，采用如圖3所示 的激光沖擊止裂示意圖時，這種柔性止裂貼片能見縫插針的滲入到表面裂紋中，同時激光沖 擊瞬間產生的高殘余應力能有效閉合裂紋(如圖4所示)，發現2024鋁合金激光沖擊后，表 面形成了很高的殘余應力，貼覆聚酯膠止裂貼片后激光沖擊2024試樣表面壓應力高達 300Mpa，而沒有貼覆貼片的試樣表面壓應力只有20Mpa左右，裂紋在擴展過程中，必須通 過高殘余壓應力區，但實際上很難通過，達到止裂的目的。
權利要求
1、一種聚酯膠止裂貼片，其特征在于組分為聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚酯樹脂、芳香異氰酸酯與三羥甲基丙烷的加成物，各個組分按重量百分比計算，聚己二酸乙二醇酯5％～15％，聚酯樹脂50％～70％，芳香異氰酸酯與三羥甲基丙烷加成物25％～35％。
2、 根據權利要求1所述的聚酯膠止裂貼片的制備方法，其特征在于以聚 己二酸乙二醇酯為原料、以溶劑聚酯樹脂為主成分，以芳香異氰酸酯與三羥甲基 丙烷的加成物為固化劑，各組分按照比例混合均勻，烘干，壓至成片。
3、 權利要求1所述的聚酯膠止裂貼片在激光沖擊對金屬材料表面進行止裂 及表面強化處理的應用。
全文摘要
一種聚酯膠止裂貼片，涉及激光沖擊材料加工應用技術領域，組分為聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚酯樹脂、芳香異氰酸酯與三羥甲基丙烷的加成物，各個組分按重量百分比計算，聚己二酸乙二醇酯5％～15％，聚酯樹脂50％～70％，芳香異氰酸酯與三羥甲基丙烷加成物25％～35％，將其貼覆在金屬裂紋表面，然后在其上噴涂黑漆涂層，從而可以利用激光沖擊力學效應對裂紋表面進行止裂，止裂效果好，簡單快捷、效率高。
文檔編號B23K26/18GK101240150SQ200710190070
公開日2008年8月13日 申請日期2007年11月16日 優先權日2007年11月16日
發明者任旭東, 周建忠, 周立春, 張永康, 魯金忠 申請人:江蘇大學