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复合材料在生活中应用非常广泛,但复合材料在使用过程中受周围环境影响,会不可避免地产生微裂纹、局部损伤以及内部分层等缺陷,如不及时修复,将带来严重的隐患。而内部损伤很难被使用者检测,它又常常成为材料使用性能,尤其是力学性能劣化的直接因为,从而对复合材料的使用带来严重地隐患。为此提出具有自诊断、自修复功能的智能复合材料,这种材料可以在基体损伤后,采用粘结材料和基体相复合的方法对材料的损伤破坏进行自修复,恢复材料原有的性能。为研究该智能材料,选用一种热固性树脂-环氧树脂作为基体材料,热塑性材料缩水甘油封端基双酚A-环氧氯丙烷共聚物作为修复剂,研究修复剂的填充量、修复温度、修复时间对基体材料修复效率的影响;同时研究自修复材料的多次修复能力;用化学改性的方法改性修复剂提高材料的修复效率。
对添加了未改性修复剂的试样的研究结果表明,随着修复剂填充量的增加,复合材料修复效率提高;修复温度升高,将提高环氧树脂的修复效率;修复时间地增加同样提高自修复材料的修复效率;随着修复次数地增加,修复效率降低,未添加修复剂的试样120℃6 h三次修复比一次修复效率降低15.2%,修复剂填充量为10 wt%的试样同等条件下三次修复比一次修复修复效率仅降低10.5%;金相显微照片显示,修复剂的加入改善了裂纹的修复效果。
对修复剂缩水甘油封端基双酚A-环氧氯丙烷共聚物,用3-苯基丙酸通过熔融法和溶液法地改性研究表明,两种化学方法都能成功地改性修复剂,封锁修复剂分子链末端的环氧基;催化剂的加入,使修复剂的开环反应更加彻底;熔融法改性修复剂的改性效果不如溶液法;溶液法改性时,改性温度为60℃,改性时间为8 h时,加入催化剂的改性效果最好。
对添加了熔融法改性修复剂的试样的研究表明,修复效率随着修复剂含量地增加而提高;随修复时间地增加修复效率提高;修复温度升高修复效率提高;多次修复效率得到一定的提高,修复剂填充量为10 wt%的试样120℃,6 h修复时一次修复和三次修复的效率差仅为5.4%;含有10 wt%熔融法改性修复剂的试样120℃修复9 h后,金相显微镜17.5倍放大照片中,裂纹几乎观察不到,而在112.5倍放大的情况下,仍能隐约看到试样表面有裂纹存在。
溶液法改性修复剂修复效率的规律和熔融法改性修复剂相似,多次修复效率比熔融法改性修复剂的修复效率进一步提高,修复剂填充量为10wt%的试样120℃,6 h修复时一次修复和三次修复的效率差为3.8%,且金相显微照片显示,120℃修复9 h后,即使放大112.5倍放大也观察不到裂纹。
改性前后修复效率比较发现,两种改性方法改性后的修复剂修复效果优于未改性修复剂的修复效果,90℃、120℃时溶液法改性修复剂修复效果最好,且随时间的增加修复效率提高,150℃时改性后的修复剂修复效果略低于不改性的修复,改性后的修复剂和树脂基体发生反应,使改性后的修复剂失去修复能力。