環(huán)氧樹脂基復合材料的自檢測和自愈合性能研究.pdf

1、近年來，碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料由于具有高的比強度和比模量，以及較小的導電、導熱和熱膨脹系數(shù)，被廣泛地應用于航空航天領域。但碳纖維復合材料在制備和應用過程中，容易產(chǎn)生內部缺陷，如孔隙、雜質、纖維卷曲、分層、裂紋等。這些微小的內部缺陷很難用肉眼觀察到，也無法進行隨時隨地的觀察，容易造成結構的突然斷裂失效，導致嚴重的后果。為此，研究出一種能夠實時監(jiān)測材料內部損傷的復合材料具有重要意義。為了更方便地檢測缺陷位置引起的電阻信號變化，本試驗開發(fā)了

2、一套力電測試系統(tǒng)，能夠通過顯示器輸出復合材料內部電阻分布。
　　然而，僅對材料內部損傷進行實時監(jiān)測是遠遠不夠的，還需要進一步對材料的損傷進行修復，因此，本試驗采用雙酚 A環(huán)氧表氯醇齊聚物作為環(huán)氧樹脂復合材料的愈合劑，將其添加到基體樹脂中，只要通過簡單的熱補償方法就能實現(xiàn)對環(huán)氧樹脂基體的裂紋的愈合，并且能夠實現(xiàn)多次愈合，彌補了傳統(tǒng)自修復方法單次修復的不足。
　　試驗結果表明：本試驗開發(fā)的力-電測試系統(tǒng)能夠方便的將電信號轉化為數(shù)

3、字通過顯示器顯示出電阻分布。利用測試系統(tǒng)，測量了單向層壓板和不交錯的正交層壓板在纖維斷裂、基體開裂和層內斷裂三種損傷形式下的電阻變化。并研究了單向層壓板、不交錯正交層壓板和交錯的正交層壓板在受到1-8.7J的沖擊能量下的電阻分布，得出如下結果：單向層壓板和不交錯的正交層壓板的無法通過電阻變化反應損傷的位置和大小；交錯的正交層壓板在沖擊能量大于4J時，通過電阻變化的分布能夠反應損傷的位置和大小。為了對損傷位置進行愈合，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測定可知，環(huán)氧樹脂的玻璃化轉變溫度為120℃，此時其鏈段能夠進行無規(guī)則運動與愈合劑分子發(fā)生交聯(lián)，因此，選擇120℃作為復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效率Hk能夠確定愈合劑對材料斷裂韌性的恢復程度。所有的試樣分別在120℃條件下愈合2h和3h三次。結果表明：愈合劑添加量為10%時，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的恢復率為48%、40%、32%；愈合劑添加量為7.5%時，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的恢復率為38%、32%、28%；愈合劑添加量為5%時，在第一個愈合階段，愈合2h后，愈合效率約為34%，愈合3h后約為37%。而在第二個和第三個愈合階段，KIC的恢復率降低相比之下，當愈合劑的添加量為15%時