一种具有自愈合功能的热固性复合材料

作者:徐佳;刘红影;张伟;刘海鑫 刊名:玻璃钢/复合材料 上传者:张玲玲

【摘要】热固性复合材料制品的修补与替代方案基础是操作安全。为了达到这一目的,常采用复杂修补方案,需要大量的人工,这种方案适于非常严重的破坏;对于小的破坏,不值得进行破坏修补,但是这种小破坏也影响结构性能。因此,一些学者验证了复合材料的自愈合技术。这篇文章讨论了一种新的自修复技术,采用固态含修复功能的热固性树脂,愈合后结构强度恢复到原来的50%~70%。采用这种热固性树脂制备的E玻璃纤维复合材料分层面积下降,树脂裂纹愈合。

全文阅读

1介绍热固性复合材料修补技术,以复合材料部件的经济应用为基础,为了校正问题需要大量的干涉装置。例如在Hexcel的复合材料修补手册中规定:结构修补要么用与原来复合材料等厚度的复合材料片覆盖破坏区域,要么清除破坏区域及周边材料,然后填充新材料。修补技术的复杂性取决于破坏的严重性,对于修补大面积的分层,在中心位置钻孔及周边灌注液体树脂进行修补。额外增加平板,影响复合材料表面的平整度;然而,清除材料或钻孔意味着增加大量的人工,这对于修补小破坏是不合适的。用这些方法很难恢复材料的初始性能[1]。针对小破坏的自我修复技术,明显降低了人工,这种技术已经调研了近十年[29]。已公布的这种方法可分为两类:液体传送方法和依赖于改性树脂方法。公布的大部分技术是液体树脂传送方法,采用毛细管或球状胶囊作为贮存树脂的容器[28]。这些技术的工作原理相似,当材料破坏时,液体树脂从容器中流出来,然后,树脂要么与相邻容器中的固化剂反应,要么与分布在整个树脂体系中的固体催化剂反应。采用这种方法,液体树脂作用是将结构表面重新粘接,从而愈合树脂裂纹和恢复树脂传递载荷的能力。这种方法不需要人工进行初始处理。这些技术的局限性在于必须依赖于液体树脂传送,液体树脂容器必须与复合材料结合起来,必须与基体同时成型,采用空心纤维或微胶囊[28]。然而,必须确保在成型过程中,容器不被破坏。如果这种方法是成功的,树脂容器设计是非常明显的限制条件。尽管批量化生产过程中,纤维的存在还需验证,但是将树脂填充在空心纤维中的方案相对容易设计。实际生产中,纤维的灌注与密封也是很困难的。薄壁微胶囊加入到复合材料中也存在问题[68],微胶囊的尺寸很难实现在不变形的情况下浸透纤维。因此,愈合作用的基础-液体树脂传送到破坏区域,在实际中,这种微胶囊技术似乎很难实现。空心纤维和微胶囊技术另一个潜在的困难是尽管重复愈合是可能的,因为第一次愈合后,树脂继续存在,但是,不可能知道树脂什么时候耗尽。因此,在将这种技术广泛应用于先进树脂基复合材料之前,必须进一步研究。然而,空心纤维和微胶囊技术已经给出了客观的、定量的破坏复合材料的愈合[4,5,7,8]。第二类愈合技术是采用改进的热固性树脂体系,这种树脂体系中含有一个弱的化学键,化学键先断裂、重组。因此,尽管一整块热固性材料破坏后树脂被加热修复,但潜在的问题是修复后的整体强度。然而,这种方法需要采用一种全新的材料和成型工艺,经过广泛的验证研究后才能推广,这需要相当长一段时间。还没有证据证明这种材料有足够的机械性能以代替原来的材料在复合材料中应用,也没有这种树脂在复合材料中应用的相关报道。因为上述原因,以传统的热固性树脂技术为基础的固态愈合技术已经被开发。这种方法是将热固性树脂加入到溶解的热塑性树脂中,固化时,在热固性树脂体系中热塑性树脂仍被溶解,与传统的热塑性树脂相比,韧性更好。这种技术假设破坏的树脂体系固化时,热塑性材料能够流动、分布在热固性树脂中,部分分子链闭环,实施了裂纹愈合。2实验2.1愈合树脂这种愈合树脂体系用热固性树脂生产,成分包括:HuntsmanAralditeLY1556和GY298环氧树脂,固化剂采用NMA和科宁化学药品公司的Capcure3-800,一种硫醇端基固化剂体系,在这个配方中起催化酸酐作用。比例如表1所示。树脂一旦混合,在80固化4h,然后在130固化3h。表1混合物的各组分比例组分重量/gLY155615GY29810NMA15.95Capcure3-8005.95在这种混合物中加入的热塑性材料需与主要成份LY556有很好的相容性(LY556是缩水甘

参考文献

引证文献

问答

我要提问