[發明專利]一種具備表面自修復功能的纖維增強復合材料

有效

• 申請號: 202110578435.4
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113386399B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 申儒林;龍明俊;雷陳棟;龔艷玲
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B32B3/08
• 分類號: B32B3/08;B32B5/02;B32B15/14;B32B27/06;C09D5/00;C09D163/00;C09D175/04
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種具備表面自修復功能的纖維增強復合材料，包括纖維編織基體，在纖維編織基體制備過程中先預埋若干主級管道，纖維編織體制備完畢后，根據主級管道的位置，從纖維編織基體表層進行鉆孔，直至與主級管道連通，獲得的通道即為次級管道；在纖維編織基體表層先涂覆一層底漆，然后在次級管道管口位置鋪設微納結構膜，在微納結構膜上鋪設一層塑料保護薄膜，微納結構膜和塑料薄膜共同組成導流層，然后在纖維編織基體上制備一層面漆，底漆和面漆共同組成為涂層。本發明中的復合材料具有三級修復管道，即主級管道、次級管道和微納結構膜，表面損傷時，不需要外部刺激條件，通過泵入修復劑即可實現受損部分的修復，而且可以實現多次修復。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種具備表面自修復功能的纖維增強復合材料。

背景技術

當纖維增強復合材料表面發生刮痕、磨損、裂紋等損傷破壞，會導致纖維增強復合材料的纖維外露，外露的纖維在日曬雨淋的侵蝕或者其它不利因素的影響下，產生老化、斷裂，從而使復合材料構件失效，發生事故。目前主要的纖維增強修復是采用人工檢測表面損傷并人工修復，也有一些前沿的研關于自行修復的研究。自修復包括本征型自修復和外援型自修復，本征型自修復：采用自修復涂料，在一定的條件下激發修復行為；外援型自修復：表面損傷激發修復劑的輸送和修復。但是目前已有的前沿研究中，本征性自修復涂層需要一定的光、熱、磁等外部刺激條件，其條件復雜，已有的外援性自修復方案，例如膠囊自修復和預置脈管自修復，由于修復劑容量限制，不能實現多次自修復。

發明內容

本發明的目的是提供一種不需要外部刺激條件，表面損傷時，即可實現自修復，而且可以多次修復的具備表面自修復功能的纖維增強復合材料。

本發明具備表面自修復功能的纖維增強復合材料，包括纖維編織基體，

在纖維編織基體制備過程中先預埋若干主級管道，纖維編織體制備完畢后，根據主級管道的位置，從纖維編織基體表層進行鉆孔，直至與主級管道連通，獲得的通道即為次級管道；在纖維編織基體表層先涂覆一層底漆，然后在次級管道管口位置鋪設微納結構膜，在微納結構膜上鋪設一層塑料保護薄膜，微納結構膜和塑料薄膜共同組成導流層，然后在纖維編織基體上制備一層面漆，底漆和面漆共同組成為涂層；即得具備表面自修復功能的纖維增強復合材料。

所述的若干主級管道之間時平行的；次級管道是垂直于主級管道和纖維編織基體表層的；一根主級管道上有若干個次級管道；優選的，次級管道在纖維編織基體表層成矩陣式排列。

所述的纖維編織基體為玻璃纖維編織基體；其制備方法為：通過真空輔助樹脂轉移方法制備基體試樣，具體為：將數層增強纖維按一定的纖維方向鋪設在模具底板上，同時將一端封口的主級管道水平放置在中間層纖維上，用真空膜密封，留出樹脂進口與出口，然后通過真空泵將樹脂吸入模具，待增強纖維完全浸潤、固化后得到含有主級管道的纖維增強基體。

所述的主級管道為硼硅酸鹽玻璃管或銅管。

所述的微納結構膜為泡沫鎳或者導流網；膜的位置與次級管道的位置相關，膜也是呈矩陣式排列，相鄰膜之間互不接觸；塑料保護薄膜為 PE、PET、PA、PS和PP塑料薄膜中的一種。

涂層為由聚氨酯樹脂面漆與環氧樹脂底漆組成；其具體的制備工藝為：首先使用環氧樹脂作為涂層的底漆，先將環氧樹脂涂覆至纖維編織基體表層上，待底漆固化后，將微納結構膜放置在底漆上，使用塑料保護薄膜遮蓋，然后涂覆上聚氨酯面漆。

本發明的原理：在復合材料表層的涂層受損時，從主級管道泵入液體的修復劑，修復劑經過次級管道到達微納結構膜中，修復劑通過微納結構膜浸潤擴散到受損部分，在受損部位形成一層保護膜，從而避免纖維編織基體裸露受損。

本發明的有益效果：1）本發明中的復合材料具有三級修復管道，即主級管道、次級管道和微納結構膜，表面損傷時，不需要外部刺激條件，通過泵入修復劑即可實現受損部分的修復，而且可以實現多次修復。2）采用本發明中復合材料的可以根據涂層的材料選擇不同的修復劑。