[发明专利]一种Z-pin型中空纤维自修复复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其是涉及一种Z-pin型中空纤维自修复复合材料及其制备方法。

背景技术

复合材料被越来越多地应用在航空航天，汽车等其他领域，应用广泛、发展前景良好。当复合材料本身承受外部载荷时很容易发生层间开裂，从而降低结构的整体刚度和强度，甚至损坏层合板，使其应用受到限制。为了解决这个问题，众多学者进行了复合材料层合板自修复方面的研究。自修复复合材料是依据仿生学的原理研制出来的，针对材料出现的破损进行自修复，恢复材料本身的功能。

但是现有的自修复复合材料，层间强度不能得到保障，修复后强度更是不能得到保障。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种Z-pin型中空纤维自修复复合材料及其制备方法，既能提高层合板的层间强度，还能实现材料的自修复效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种Z-pin型中空纤维自修复复合材料，包括层合板，层合板内沿厚度方向嵌有若干中空纤维玻璃管；且所述中空纤维玻璃管内存贮有环氧树脂与溶剂的混合物。

优选的，所述中空纤维玻璃管垂直于层合板的表面；所述中空纤维玻璃管内装有环氧树脂与丙酮的混合物；且所述环氧树脂与丙酮的体积比为4:1～6:1。

优选的，所述环氧树脂与丙酮的体积比为5:1。

优选的，所述层合板为碳纤维预浸料制备；碳纤维的密度为1.75～1.78g/cm³；层合板的铺层数为28～36层；每层厚度为0.1～0.135mm；层合板铺层顺序为[0°/90°]_7S；所述中空纤维管的外径和内径分别为Ф0.8～1mm和Ф0.5～0.7mm。

优选的，碳纤维的密度为1.77g/cm³；层合板的铺层数为32层；每层厚度为0.125mm；层合板铺层顺序为[0°/90°]_7S；所述中空纤维管的外径和内径分别为Ф0.9mm和Ф0.63mm。

本发明还一种制备如上所述的Z-pin型中空纤维自修复复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤，

1)通过毛细作用将混有丙酮的环氧树脂存贮在中空玻璃管中；

2)用密封胶对中空纤维玻璃管的两端进行封口；

3)将中空纤维玻璃管铺设到层合板上；

4)铺设好的层合板在70～90℃保温0.5～1.5h，再加热到90～110℃保温2～4h，且在加热过程中，抽真空，保温结束后冷却至室温固化。

优选的在步骤4)的加热过程中，需要进行抽真空的操作，压力保持在0.3～0.7MPa；优选的，0.5MPa，用真空热压成型罐进行加热以及抽真空操作。

优选的，步骤4)中，加热80℃保温1h，再加热到100℃保温3h，后冷却至室温固化。

本发明同时提供如上所述的Z-pin型中空纤维自修复复合材料在航空航天或者汽车领域的应用。

本发明同时提供如上所述的制备方法得到的Z-pin型中空纤维自修复复合材料在航空航天或者汽车领域的应用。

相对于现有技术，本发明所述的一种Z-pin型中空纤维自修复复合材料及其制备方法，具有以下优势：

(1)本发明所述的复合材料，在层合板预浸料中沿厚度方向直接嵌入带修复剂的中空纤维玻璃管，起到类似Z-pin的效果，这样既能提高层合板的层间强度，还能实现材料的自修复效果。在外加载荷作用下，含Z-pin型中空纤维玻璃管的层合板，能够增强层间强度，随外加载荷的增加，中空纤维玻璃管破裂，修复剂得到释放，粘合裂纹区域，还能够起到自修复的效果。

(2)本发明所述的复合材料的制备方法，工艺简单，便于复合材料大概规模的使用。

附图说明

图1为实施例中复合材料的简单结构示意图；

图2为实施例中试件A1和B弯曲载荷位移曲线图

图3为实施例中试件A2和B弯曲载荷位移曲线图；

1、中空纤维玻璃管；2、层合板。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明。