[發明專利]纖維增強熱固性樹脂基復合材料的損傷原位監測與修復結構、方法

有效

• 申請號: 202110976418.6
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113733609B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 楊斌
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B29C73/02
• 分類號: B29C73/02;B29C73/24;B29C73/34
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 靳浩

本發明實施例公開了一種纖維增強熱固性樹脂基復合材料的損傷原位監測與修復結構、方法，損傷原位監測與修復結構包括：電加熱薄膜，其環繞地纏繞于纖維束的外周的至少一部分，所述電加熱薄膜上開設有貫穿其內外的至少1個修復孔；以及熱塑性樹脂，其填充于所述修復孔中；其中，所述電加熱薄膜上牽引出用于外接電源連接的電極片；在所述電加熱薄膜的外周滴加熱固性樹脂并固化成型，以至少將所述電加熱薄膜及纖維束上和/或纖維層上被所述電加熱薄膜所覆蓋的區域包裹于所述熱固性樹脂之中。根據本發明，其在界面微裂紋產生后，通過通電后使得電加熱薄膜發熱來熔融熱塑性樹脂并使得樹脂流置界面微裂縫，進而達到對微裂紋愈合的目的。

技術領域

本發明涉及復合材料損傷修復領域，特別涉及一種纖維增強復合材料的損傷監測與修復結構、層合板及損傷檢測與修復方法。

背景技術

復合材料是一種由兩種或者兩種以上的不同物質所組成的多相固體材料，具有輕質高強的材料特性，因而被廣泛的應用于航空航天、土木工程、車輛工程等工程領域之中。但由于纖維和樹脂兩者材料在物理與化學性質上存在一定差異，故在受載的情況下，纖維與樹脂之間的形變存在一定差異，進而造成了兩種材料的界面結合層產生裂縫。此類裂縫微小且發生在材料內部，不易被人們肉眼所觀察到。隨著界面裂紋不斷的發展與積累，逐漸發展成為復合材料結構的重要安全隱患，嚴重影響復合材料結構的結構穩定與服役壽命。因此，對纖維和樹脂界面層的損傷原位層間監測具有重大意義。在損傷初期階段及時發現損傷位置并預警，能夠大幅降低工程事故的發生機率。在樹脂與纖維結合層發生界面損傷后，及時通過界面處存儲的修復性材料進行修復，在裂紋萌發的初期及時進行修復，可以最大限度降低復合材料結構后期維護成本。故研發一種纖維束/層間原位界面監測修復系統具有重要的工程意義。

目前主流傳統的損傷監測的方法有紅外熱成像，超聲探傷等，雖然傳統監測方法具有較高的精度，但需要設備停機配合監測，不能實現實時監測。而光纖傳感器，應變片等在線監測手段雖然可以實時監測，但是其極易受到外界環境的干擾。當將光纖傳感器加入至復合材料內部時，將嚴重影響材料自身的界面性能。應變片難以實現大面積結構監測。目前主流監測方法均有著各自的局限性。碳納米管薄膜與復合材料結構一體成型，不僅能加強樹脂與纖維材料之間的界面性能，而且還能通過自身優異的機電性能反映界面的損傷狀況，達到原位監測的目的。在發現界面裂紋后，還需要對微裂紋及時進行修復。

目前復合材料自修復方法主要分為原位式愈合和填埋式愈合兩大類。原位式愈合即本征式愈合指在不添加任何外界修復介質的條件下，材料能在外界作用下發生自主愈合。填埋式愈合即外援型愈合，指在聚合物基體中填埋外加修復劑，使材料受到損傷后能自主釋放并擴散至整個裂紋，最終按照某種機制使裂紋粘合，實現材料的自我修復，其中，原位式愈合只能在特殊的基體上進行自愈合不能廣泛的應用于其他樹脂體系中，而填埋式愈合方法需要在基體中填埋中空纖維或膠囊，由于膠囊引入至樹脂基體中，工序復雜，且在熱固性樹脂基體中必然會造成應力集中現象發生，降低材料的力學性能。

有鑒于此，實有必要開發一種纖維增強熱固性樹脂基復合材料的損傷原位監測與修復結構、方法，用以解決上述問題。

發明內容

本申請的實施例提供一種纖維增強熱固性樹脂基復合材料的損傷原位監測與修復結構、方法，其通過在保留電加熱薄膜的監測功能的基礎上，對電加熱薄膜進行打孔處理，在孔洞內添加熱塑性樹脂，當界面微裂紋產生后，通過通電后使得電加熱薄膜發熱來熔融熱塑性樹脂并使得樹脂流置、填充界面微裂紋，待熱塑性樹脂冷卻固話后即可達到對界面微裂紋愈合的目的，修復后的復合材料的力學性能指標能恢復至損傷前的90％以上，基本能滿足修復后再利用的目的，最大限度降低復合材料結構后期維護成本。

為了解決上述技術問題，本申請的實施例公開了如下技術方案：

一方面，提供了一種纖維增強熱固性樹脂基復合材料的損傷原位監測與修復結構，包括：

電加熱薄膜，其環繞地纏繞于纖維束的外周的至少一部分，所述電加熱薄膜上開設有貫穿其內外的至少1個修復孔；以及