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442629613金蟲(chóng) (小有名氣)
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[交流]
同濟(jì)大學(xué)劉玲教授丨碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料分層裂紋的自修復(fù)研究
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碳纖維復(fù)合材料的損傷問(wèn)題 雖然碳纖維復(fù)合材料有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是由于其自身的特性，在服役過(guò)程中受到低速?zèng)_擊和外部環(huán)境因素劇烈變化時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生損傷，其中基體裂紋是一種主要的損傷形式�；w裂紋的產(chǎn)生往往是復(fù)合材料機(jī)械力學(xué)性能降低的開(kāi)端，將導(dǎo)致其剛度和強(qiáng)度等機(jī)械力學(xué)性能下降進(jìn)而制約其使用的可靠性�；w裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致復(fù)合材料層間受到正應(yīng)力及剪應(yīng)力的作用，當(dāng)應(yīng)力突破層間承載極限便造成層間分層，乃至復(fù)合材料各層之間裂紋連通從而發(fā)展成宏觀裂紋，影響構(gòu)件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 02 碳纖維復(fù)合材料修復(fù)技術(shù) 圖片 碳纖維釣魚(yú)竿的修補(bǔ) 圖片來(lái)源：Easy Composites 傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)是指用高性能的碳纖維復(fù)合材料修補(bǔ)缺陷或損傷的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)降低裂紋的擴(kuò)展速率、制止裂紋的擴(kuò)展、降低結(jié)構(gòu)損傷部位的應(yīng)力水平的效果，在一定程度上提高臨界裂紋長(zhǎng)度，使損傷構(gòu)件的功能和承載能力得以最大限度的恢復(fù)，達(dá)到延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命的目的。傳統(tǒng)的修復(fù)方法包括焊接修復(fù)、修補(bǔ)修復(fù)、新添樹(shù)脂原位固化修復(fù)等。這些修復(fù)方法可以對(duì)材料表面的裂紋進(jìn)行修復(fù)，對(duì)材料的性能維護(hù)起到一定的積極作用。但對(duì)于復(fù)合材料內(nèi)部的裂紋，由于其難以被發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)已經(jīng)不能滿足修復(fù)要求。而且傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)往往成本高、技術(shù)難度大、耗時(shí)久。因此必須開(kāi)發(fā)更高效的修復(fù)方法，而自修復(fù)正是一種新的具有巨大潛力的復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)。 03 自修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用 裂紋的早期修復(fù)，特別是自修復(fù)是一個(gè)現(xiàn)實(shí)而重要的問(wèn)題。自修復(fù)復(fù)合材料模仿生物體的自愈機(jī)制，可以在使用過(guò)程中對(duì)自身內(nèi)部的裂紋進(jìn)行診斷，并通過(guò)不同機(jī)理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修復(fù)，從而達(dá)到有效延長(zhǎng)材料使用壽命，消除材料安全隱患的效果。自修復(fù)材料按照是否添加修復(fù)劑可分為外援型自修復(fù)和本征型自修復(fù)兩大類。外援型自修復(fù)通過(guò)在材料內(nèi)部分散或復(fù)合一些功能性物質(zhì)，當(dāng)材料的結(jié)構(gòu)受到損壞時(shí)，功能性物質(zhì)會(huì)迅速流出，填充在損傷部位，實(shí)現(xiàn)快速修復(fù)，這些功能性物質(zhì)主要封裝在微囊或微脈管結(jié)構(gòu)里；本征型自修復(fù)主要通過(guò)自身體系化學(xué)鍵的斷裂和重組實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)，該過(guò)程可通過(guò)加熱等方式向體系提供能量，使其發(fā)生結(jié)晶、在表面形成膜或產(chǎn)生化學(xué)鍵交聯(lián)等作用來(lái)實(shí)現(xiàn)修復(fù)。 04 碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料分層裂紋的自修復(fù)研究 分層會(huì)改變復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的完整性并降低其剛度和長(zhǎng)期力學(xué)性能，若能在分層萌生時(shí)就及時(shí)修復(fù)，必將提高結(jié)構(gòu)服役的安全性。 劉玲教授針對(duì)碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的分層裂紋，引入具有原位電熱修復(fù)功能的自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)薄膜，研究了分層萌生載荷-分層損傷修復(fù)率的最優(yōu)關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論研究，發(fā)展了一種全新自修復(fù)機(jī)制的CFRP，顯著提升其使用壽命、充分發(fā)揮其減重效益和減輕CFRP大量報(bào)廢對(duì)環(huán)境的影響。 圖片 為了更好的了解碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料分層裂紋的自修復(fù)研究，2021年11月18-20日在上海舉行的“Carbontech碳纖維及碳/碳復(fù)合材料論壇” 特邀同濟(jì)大學(xué)劉玲教授蒞臨本次大會(huì)，分享《碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料分層裂紋的自修復(fù)研究》主題報(bào)告。 圖片 05 專家介紹 劉玲：同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院教授，主要從事樹(shù)脂基復(fù)合材料損傷監(jiān)測(cè)與自修復(fù)、復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)超低溫力學(xué)行為以及納米復(fù)合材料等領(lǐng)域的研究工作，解決了復(fù)合材料分層損傷在線監(jiān)測(cè)和損傷自修復(fù)一體化關(guān)鍵問(wèn)題。主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目4項(xiàng)，參與國(guó)家973和上海市重點(diǎn)項(xiàng)目若干項(xiàng)。在國(guó)際權(quán)威期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，被SCI他引1000多次。 |
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