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近年来,碳纤维/环氧树脂复合材料由于具有高的比强度和比模量,以及较小的导电、导热和热膨胀系数,被广泛地应用于航空航天领域。但碳纤维复合材料在制备和应用过程中,容易产生内部缺陷,如孔隙、杂质、纤维卷曲、分层、裂纹等。这些微小的内部缺陷很难用肉眼观察到,也无法进行随时随地的观察,容易造成结构的突然断裂失效,导致严重的后果。为此,研究出一种能够实时监测材料内部损伤的复合材料具有重要意义。为了更方便地检测缺陷位置引起的电阻信号变化,本试验开发了一套力电测试系统,能够通过显示器输出复合材料内部电阻分布。 然而,仅对材料内部损伤进行实时监测是远远不够的,还需要进一步对材料的损伤进行修复,因此,本试验采用双酚 A环氧表氯醇齐聚物作为环氧树脂复合材料的愈合剂,将其添加到基体树脂中,只要通过简单的热补偿方法就能实现对环氧树脂基体的裂纹的愈合,并且能够实现多次愈合,弥补了传统自修复方法单次修复的不足。 试验结果表明:本试验开发的力-电测试系统能够方便的将电信号转化为数字通过显示器显示出电阻分布。利用测试系统,测量了单向层压板和不交错的正交层压板在纤维断裂、基体开裂和层内断裂三种损伤形式下的电阻变化。并研究了单向层压板、不交错正交层压板和交错的正交层压板在受到1-8.7J的冲击能量下的电阻分布,得出如下结果:单向层压板和不交错的正交层压板的无法通过电阻变化反应损伤的位置和大小;交错的正交层压板在冲击能量大于4J时,通过电阻变化的分布能够反应损伤的位置和大小。为了对损伤位置进行愈合,将双酚A环氧表氯醇作为愈合剂添加到环氧树脂基体中,利用热补偿的方法使愈合剂分子与基体分子产生交联从而愈合裂纹。通过DSC测定可知,环氧树脂的玻璃化转变温度为120℃,此时其链段能够进行无规则运动与愈合剂分子发生交联,因此,选择120℃作为复合材料的最佳愈合温度。树脂基体中愈合剂添加量为5%-15%,通过断裂韧性的恢复效率Hk能够确定愈合剂对材料断裂韧性的恢复程度。所有的试样分别在120℃条件下愈合2h和3h三次。结果表明:愈合剂添加量为10%时,愈合2h后,三次愈合的愈合效率分别为44%、37%和22%。同样条件下,愈合3h后,KIC的恢复率为48%、40%、32%;愈合剂添加量为7.5%时,愈合2h后,三次愈合的愈合效率分别为37%、32%和19%。同样条件下,愈合3h后,KIC的恢复率为38%、32%、28%;愈合剂添加量为5%时,在第一个愈合阶段,愈合2h后,愈合效率约为34%,愈合3h后约为37%。而在第二个和第三个愈合阶段,KIC的恢复率降低相比之下,当愈合剂的添加量为15%时,KIC的恢复率并不理想。实验数据表明,双酚A环氧表氯醇齐聚物对环氧树脂具有愈合效果,当愈合剂的添加量为10%时,通过120℃愈合3h时首次愈合效率达到最高。