環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的自檢測(cè)和自愈合性能研究.pdf

1、近年來，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料由于具有高的比強(qiáng)度和比模量，以及較小的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和熱膨脹系數(shù)，被廣泛地應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。但碳纖維復(fù)合材料在制備和應(yīng)用過程中，容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，如孔隙、雜質(zhì)、纖維卷曲、分層、裂紋等。這些微小的內(nèi)部缺陷很難用肉眼觀察到，也無法進(jìn)行隨時(shí)隨地的觀察，容易造成結(jié)構(gòu)的突然斷裂失效，導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。為此，研究出一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)材料內(nèi)部損傷的復(fù)合材料具有重要意義。為了更方便地檢測(cè)缺陷位置引起的電阻信號(hào)變化，本試驗(yàn)開發(fā)了

2、一套力電測(cè)試系統(tǒng)，能夠通過顯示器輸出復(fù)合材料內(nèi)部電阻分布。
　　然而，僅對(duì)材料內(nèi)部損傷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要進(jìn)一步對(duì)材料的損傷進(jìn)行修復(fù)，因此，本試驗(yàn)采用雙酚 A環(huán)氧表氯醇齊聚物作為環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的愈合劑，將其添加到基體樹脂中，只要通過簡(jiǎn)單的熱補(bǔ)償方法就能實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)氧樹脂基體的裂紋的愈合，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多次愈合，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)自修復(fù)方法單次修復(fù)的不足。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明：本試驗(yàn)開發(fā)的力-電測(cè)試系統(tǒng)能夠方便的將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)

3、字通過顯示器顯示出電阻分布。利用測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)量了單向?qū)訅喊搴筒唤诲e(cuò)的正交層壓板在纖維斷裂、基體開裂和層內(nèi)斷裂三種損傷形式下的電阻變化。并研究了單向?qū)訅喊濉⒉唤诲e(cuò)正交層壓板和交錯(cuò)的正交層壓板在受到1-8.7J的沖擊能量下的電阻分布，得出如下結(jié)果：?jiǎn)蜗驅(qū)訅喊搴筒唤诲e(cuò)的正交層壓板的無法通過電阻變化反應(yīng)損傷的位置和大??；交錯(cuò)的正交層壓板在沖擊能量大于4J時(shí)，通過電阻變化的分布能夠反應(yīng)損傷的位置和大小。為了對(duì)損傷位置進(jìn)行愈合，將雙酚A環(huán)氧表氯醇作

4、為愈合劑添加到環(huán)氧樹脂基體中，利用熱補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ褂蟿┓肿优c基體分子產(chǎn)生交聯(lián)從而愈合裂紋。通過DSC測(cè)定可知，環(huán)氧樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為120℃，此時(shí)其鏈段能夠進(jìn)行無規(guī)則運(yùn)動(dòng)與愈合劑分子發(fā)生交聯(lián)，因此，選擇120℃作為復(fù)合材料的最佳愈合溫度。樹脂基體中愈合劑添加量為5％-15%，通過斷裂韌性的恢復(fù)效率Hk能夠確定愈合劑對(duì)材料斷裂韌性的恢復(fù)程度。所有的試樣分別在120℃條件下愈合2h和3h三次。結(jié)果表明：愈合劑添加量為10%時(shí)，愈合2h后

5、，三次愈合的愈合效率分別為44%、37%和22%。同樣條件下，愈合3h后，KIC的恢復(fù)率為48%、40%、32%；愈合劑添加量為7.5%時(shí)，愈合2h后，三次愈合的愈合效率分別為37%、32%和19%。同樣條件下，愈合3h后，KIC的恢復(fù)率為38%、32%、28%；愈合劑添加量為5%時(shí)，在第一個(gè)愈合階段，愈合2h后，愈合效率約為34%，愈合3h后約為37%。而在第二個(gè)和第三個(gè)愈合階段，KIC的恢復(fù)率降低相比之下，當(dāng)愈合劑的添加量為15%時(shí)