中空纖維埋植型自修復(fù)環(huán)氧復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、復(fù)合材料在制造和使用過程中容易形成難以檢查和修復(fù)的微裂紋,嚴重影響其結(jié)構(gòu)完整性和使用壽命。通過在材料中加入一些具有粘結(jié)特征的材料作為中間介質(zhì),模擬生物體進行自主診斷和修復(fù)局部損傷,使復(fù)合材料對微裂紋損傷進行自修復(fù),恢復(fù)材料原有的性能。為研究該自修復(fù)技術(shù),選用環(huán)氧樹脂作為基體材料,相似的環(huán)氧組分作為修復(fù)劑,制備中空纖維埋植型自修復(fù)復(fù)合材料。研究了毛細管內(nèi)徑尺寸對復(fù)合材料修復(fù)前后力學(xué)性能的影響,以及毛細管內(nèi)徑尺寸、修復(fù)溫度和時間對基體材料修

2、復(fù)效率的影響;觀察了拉伸斷面、修復(fù)裂紋的微觀形貌。
　　 力學(xué)測試結(jié)果表明,毛細管埋入對環(huán)氧基體的硬度幾乎沒有影響。試樣修復(fù)前,毛細管內(nèi)徑尺寸從0.1mm.增大到0.5mm,試樣沖擊強度逐漸下降,毛細管內(nèi)徑尺寸為0.1～0.3mm時,對基體沖擊強度起到一定增強作用。埋植有含修復(fù)劑的毛細管試樣,80℃、100℃和120℃修復(fù)后,毛細管內(nèi)徑尺寸由0.1mm增大到0.5mm,試樣沖擊強度同樣呈現(xiàn)為先上升后下降。未添加修復(fù)劑試樣的拉伸強

3、度和斷裂伸長率隨著毛細管內(nèi)徑尺寸0.1mm增加到0.5mm,分別下降2.572Mpa和4.228%,而添加了修復(fù)劑后的試樣在100℃修復(fù)前后,隨著毛細管內(nèi)徑從0.1mm增加到0.5mm,拉伸強度分別增長了1.342Mpa和0.228Mpa,斷裂伸長率增長了1.916%和3.103%,但試樣修復(fù)后的拉伸強度和斷裂伸長率較修復(fù)前下降較大。
　　 修復(fù)效率結(jié)果表明:試樣在80℃和100℃下分別修復(fù)后,修復(fù)效率隨著毛細管內(nèi)徑增大逐漸上升

4、,毛細管內(nèi)徑為0.4mm時,修復(fù)效率達到最大值(分別為76.27%和79.29%),之后不再上升;120℃修復(fù)時,修復(fù)效率逐漸上升直到毛細管內(nèi)徑增大到0.5mm試樣修復(fù)效率最大(76.82%)。試樣分別在80℃、100℃和120℃修復(fù)后,修復(fù)溫度影響分析表明,修復(fù)溫度為100℃時修復(fù)效率達到最大值,100℃的修復(fù)效率比80℃高1.48%,比120℃的高2.07%左右;修復(fù)時間影響分析表明,試樣修復(fù)6h后達到最大修復(fù)效率:分別為72.27

5、%(80℃),79.29%(100℃)和76.80%(120℃)。
　　 掃描電鏡分析表明,埋植有毛細管的環(huán)氧試樣比純環(huán)氧試樣的拉伸斷裂面要更加平滑。觀察到毛細管與環(huán)氧基體間的微小縫隙,說明基體拉伸性能的下降,一定程度上受毛細管與環(huán)氧基體間的不完全相容的影響。雙目偏光顯微鏡觀察到,試樣斷裂修復(fù)后,兩個斷裂面經(jīng)過修復(fù)結(jié)合很緊密。
　　 以環(huán)氧樹脂WSR618為基體材料,選用與基體化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的縮水甘油封端雙酚A-環(huán)氧氯丙烷

6、共聚物作修復(fù)劑,制備了熱焊接自修復(fù)復(fù)合材料。對液芯自修復(fù)復(fù)合材料和熱焊接自修復(fù)復(fù)合材料的性能進行了對比。結(jié)果表明:液芯纖維自修復(fù)復(fù)合材料100℃、修復(fù)6h的一次修復(fù)效率達79.29%,遠高于熱焊接自修復(fù)復(fù)合材料100℃、修復(fù)6h的一次修復(fù)效率36.7%。兩種自修復(fù)復(fù)合材料的修復(fù)效率都隨著修復(fù)次數(shù)增加而下降,埋有內(nèi)徑0.4mm毛細管的液芯纖維自修復(fù)復(fù)合材料100℃修復(fù)6h的一次、二次、三次修復(fù)效率分別79.29%、27.8%、2.9%,二