[发明专利]纤维增强热固性树脂基复合材料的损伤原位监测与修复结构、方法

说明书

本发明实施例公开了一种纤维增强热固性树脂基复合材料的损伤原位监测与修复结构、方法，损伤原位监测与修复结构包括：电加热薄膜，其环绕地缠绕于纤维束的外周的至少一部分，所述电加热薄膜上开设有贯穿其内外的至少1个修复孔；以及热塑性树脂，其填充于所述修复孔中；其中，所述电加热薄膜上牵引出用于外接电源连接的电极片；在所述电加热薄膜的外周滴加热固性树脂并固化成型，以至少将所述电加热薄膜及纤维束上和/或纤维层上被所述电加热薄膜所覆盖的区域包裹于所述热固性树脂之中。根据本发明，其在界面微裂纹产生后，通过通电后使得电加热薄膜发热来熔融热塑性树脂并使得树脂流置界面微裂缝，进而达到对微裂纹愈合的目的。

技术领域

本发明涉及复合材料损伤修复领域，特别涉及一种纤维增强复合材料的损伤监测与修复结构、层合板及损伤检测与修复方法。

背景技术

复合材料是一种由两种或者两种以上的不同物质所组成的多相固体材料，具有轻质高强的材料特性，因而被广泛的应用于航空航天、土木工程、车辆工程等工程领域之中。但由于纤维和树脂两者材料在物理与化学性质上存在一定差异，故在受载的情况下，纤维与树脂之间的形变存在一定差异，进而造成了两种材料的界面结合层产生裂缝。此类裂缝微小且发生在材料内部，不易被人们肉眼所观察到。随着界面裂纹不断的发展与积累，逐渐发展成为复合材料结构的重要安全隐患，严重影响复合材料结构的结构稳定与服役寿命。因此，对纤维和树脂界面层的损伤原位层间监测具有重大意义。在损伤初期阶段及时发现损伤位置并预警，能够大幅降低工程事故的发生机率。在树脂与纤维结合层发生界面损伤后，及时通过界面处存储的修复性材料进行修复，在裂纹萌发的初期及时进行修复，可以最大限度降低复合材料结构后期维护成本。故研发一种纤维束/层间原位界面监测修复系统具有重要的工程意义。

目前主流传统的损伤监测的方法有红外热成像，超声探伤等，虽然传统监测方法具有较高的精度，但需要设备停机配合监测，不能实现实时监测。而光纤传感器，应变片等在线监测手段虽然可以实时监测，但是其极易受到外界环境的干扰。当将光纤传感器加入至复合材料内部时，将严重影响材料自身的界面性能。应变片难以实现大面积结构监测。目前主流监测方法均有着各自的局限性。碳纳米管薄膜与复合材料结构一体成型，不仅能加强树脂与纤维材料之间的界面性能，而且还能通过自身优异的机电性能反映界面的损伤状况，达到原位监测的目的。在发现界面裂纹后，还需要对微裂纹及时进行修复。

目前复合材料自修复方法主要分为原位式愈合和填埋式愈合两大类。原位式愈合即本征式愈合指在不添加任何外界修复介质的条件下，材料能在外界作用下发生自主愈合。填埋式愈合即外援型愈合，指在聚合物基体中填埋外加修复剂，使材料受到损伤后能自主释放并扩散至整个裂纹，最终按照某种机制使裂纹粘合，实现材料的自我修复，其中，原位式愈合只能在特殊的基体上进行自愈合不能广泛的应用于其他树脂体系中，而填埋式愈合方法需要在基体中填埋中空纤维或胶囊，由于胶囊引入至树脂基体中，工序复杂，且在热固性树脂基体中必然会造成应力集中现象发生，降低材料的力学性能。

有鉴于此，实有必要开发一种纤维增强热固性树脂基复合材料的损伤原位监测与修复结构、方法，用以解决上述问题。

发明内容

本申请的实施例提供一种纤维增强热固性树脂基复合材料的损伤原位监测与修复结构、方法，其通过在保留电加热薄膜的监测功能的基础上，对电加热薄膜进行打孔处理，在孔洞内添加热塑性树脂，当界面微裂纹产生后，通过通电后使得电加热薄膜发热来熔融热塑性树脂并使得树脂流置、填充界面微裂纹，待热塑性树脂冷却固话后即可达到对界面微裂纹愈合的目的，修复后的复合材料的力学性能指标能恢复至损伤前的90％以上，基本能满足修复后再利用的目的，最大限度降低复合材料结构后期维护成本。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例公开了如下技术方案：

一方面，提供了一种纤维增强热固性树脂基复合材料的损伤原位监测与修复结构，包括：

电加热薄膜，其环绕地缠绕于纤维束的外周的至少一部分，所述电加热薄膜上开设有贯穿其内外的至少1个修复孔；以及