超细无机复合修复材料性能优化研究

超细无机复合修复材料主要用于细微裂缝的修复,因而不仅要保证良好的可灌性,同时较强的抗干缩性能和足够的力学强度也是其主要的工作性能指标。采用正交试验方法研究了水灰比和3种矿物掺合料等四个因素对材料力学性能的影响;通过四元线性方程表征试样干缩率与各因素之间的定量关系。研究表明:材料的优化配合比为,水灰比0.55,混合水泥掺量73%,粉煤灰掺量15%,偏高岭土掺量7%,硅灰掺量5%,减水剂和消泡剂掺量分别为0.6%和0.3%;根据相关数学模型可预测一定条件下材料配比所对应的干缩率值。

机器人技术在复合材料修复中的应用

复合材料修复目前主要依赖于人工,存在效率低、准确度低、经验无法移植等问题,而机器人具有高自由度、高灵活性和操作标准化等特点。修复工艺与机器人技术相结合可以实现复合材料修复工艺的自动化,并大幅提高修复效率和标准化。目前,已有学者结合复合材料修复工艺的实际需求,开发了适用于钻孔、打磨、自动铺带和监测的末端执行器和机器人自动化修复系统,一定程度上解决了人工修复存在的精度低、修复质量不稳定等问题,为实现复合材料结构的高质量修复奠定技术基础。根据目前复合材料机器人修复技术的研究现状,深入介绍了复合材料修复中的机器人钻孔、机器人打磨、机器人自动铺带和机器人检测工艺的国内外研究现状及关键技术问题,分析了机器人技术在复合材料修复领域的应用,最后对复合材料机器人修复技术未来发展进行了展望。

CNC/GENR自修复复合材料的制备

为获得兼顾力学性能和自修复性能的弹性体复合材料,将不同质量分数纤维素纳米晶(CNC)分别添加到甘氨酸改性的环氧化天然橡胶(GENR)基体中,制备了一系列基于CNC表面羟基和GENR分子链上羟基、羧基之间界面氢键作用的CNC/GENR复合材料,利用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、万能拉伸试验机等对CNC/GENR复合材料的界面氢键作用、机械强度、自修复性能进行了表征和分析。结果表明:CNC的引入显著提高了环氧化天然橡胶的机械性能,当添加质量分数为10%时,复合材料具备优异的力学性能和自修复性能,拉伸强度为4.4 MPa、断裂伸长率为1500%、自修复效率为90%,与未添加CNC样品相比分别增加了2倍、0.93倍和1.43倍。CNC/GENR复合材料实现了同时提高复合材料机械性能和自修复性能的目标。

盐雾环境对复合材料修复铝合金板疲劳性能的影响

采用单向碳/环氧复合材料补片真空袋压工艺单面修复含中心裂纹铝合金板,进行0-1700h盐雾梯度腐蚀试验,测试并对比分析了各腐蚀时间结点上试件修复前后的疲劳性能,从疲劳寿命、疲劳临界裂纹长度和Paris公式材料常数(C和m)的变化三个方面考察不同盐雾腐蚀深度对铝合金裂纹板修复前后的疲劳性能差异。结果表明:碳/环氧补片胶接修复铝合金板能大幅度提高疲劳寿命,且未经修复的裂纹板在腐蚀1700小时后疲劳寿命下降53.8%,而修复板仅为38.6%。修复板疲劳裂纹临界长度acr大于未修复裂纹板,且随盐雾腐蚀时间延长,裂纹板和修复板acr变化不大,可作准判据使用。由试验数据得到的不同腐蚀时间上试样的材料常数C和m随腐蚀时间延长而减小。利用Paris公式可较好拟合铝合金板疲劳寿命及Paris区内的疲劳裂纹扩展行为,但疲劳寿命预测值与实际值的差异由未经腐蚀时的5%左右增大到腐蚀1500h时的10%左右。

复合材料结构修复专用基体树脂固化反应

研究了复合材料结构修复专用基体树脂(MR),对其固化反应进行了原位红外表征,定量分析了环氧基团在不同固化温度下的转化率,并与相应温度下测得的MR体系的凝胶化时间及粘度随时间变化情况进行了对比。结果表明,当固化温度达到DSC曲线上的起始反应温度时,由原位红外法得到的转化率曲线与通过宏观测试方法得到的凝胶化时间及粘度 时间曲线吻合;而当固化反应温度低于DSC曲线上的起始反应温度时,转化率曲线与相应温度下的凝胶化时间及粘度 时间曲线发生不同程度的偏离。分析了这种偏离的主要原因。

复合材料修复铝合金薄板的湿热特性

采用真空袋压技术将T300/CYD128复合材料补片胶接修复于含中心裂纹的铝合金1.76 mm薄板。研究了实验室模拟湿热环境对复合材料修复铝合金薄板的力学性能影响,修复用复合材料的吸湿特性,以及修复用复合材料拉伸试样及其基体树脂浇铸体的湿热性能。结果显示,浇铸体饱和吸水率为0.9%,复合材料吸湿动力学曲线则出现台阶;随湿热老化时间延长,浇铸体与复合材料拉伸性能先升后降,其性能峰值出现时间分别为500 h(73.9 MPa)和300 h(1 531 MPa);随湿热老化时间延长,铝合金裂纹板拉伸性能基本呈线性下降,断裂载荷下降速率ΔN=0.12 kN/100 h,修复板性能出现波动。

微胶囊自修复复合材料的研究进展

预埋微胶囊法是实现复合材料自修复方法的一种,也是目前复合材料修复领域的研究热点之一。迄今为止,有多种基于微胶囊技术的自修复系统的复合材料的报道。尽管微胶囊的加入使得复合材料可以实现自修复并有增韧功能,但也使材料的拉伸断裂强度、弹性模量等下降,限制了其应用。讨论了实现自修复微胶囊技术存在的问题,即胶囊耐热性差、胶囊分散性差、界面粘接强度低等,综述了文献中用到的解决方法,总结了不同力学测试手段的自修复效率的表征方法,对微胶囊自修复复合材料的应用有一定的借鉴和指导意义。

多孔纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合骨修复材料的制备

背景:与同种致密骨修复材料相比,多孔材料虽然强度低,但材料中的三维多孔网状结构能够保证其具有更大的表面积,更加有利于细胞的黏附、生长及分裂等,更加有利于传输营养物质。目的:探讨多孔纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合骨修复材料的制备方法及其性能。方法:采用化学发泡法制备多孔纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合骨修复材料,通过调节发泡剂用量、复合材料中纳米羟基磷灰石的含量制备不同的复合骨修复材料,检测材料的力学性能、孔隙率及组成成分变化。结果与结论:多孔纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合骨修复材料孔呈近似管状通道,孔贯通性相对较好,分布较均匀,孔径260-400μm,孔隙率在35%-57%之间,发泡剂用量、羟基磷灰石使用量及复合材料的密度均能够影响总孔隙率。多孔纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合骨修复材料具有良好的力学性能,显著高于松质骨抗压强度,加入发泡剂后,纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合骨修复材料的形状、组成及衍射峰并未发生明显变化,且材料以纳米尺度存在。

自修复复合材料研究进展

具有自诊断、自修复功能的智能复合材料已成为新材料领域研究的重点之一。本文从陶瓷混凝土基复合材料、聚合物基复合材料和金属基复合材料三方面简要介绍了具有自修复能力的智能材料的概念、制备原理和模型。对近年来该领域的最新研究进展进行了评述 。

复合环境下金属损伤复合材料胶接修复结构疲劳寿命试验研究

复合材料胶接修复技术在飞机金属损伤结构上得到了广泛应用,但修复结构在飞机服役期内仍受多种环境条件的作用。为研究多种环境因素对修复结构的影响,利用碳/环氧复合材料补片,对含穿透性裂纹的LY12-CZ铝合金板进行了双面胶接修复,采用试验的方法研究了这种修复方法的合理性,并通过t检验法,考核了复合环境条件对修复结构疲劳寿命的影响。

用于自修复复合材料的新型玻璃纤维负载铂催化剂:结构与活性

通过在玻璃纤维(GF)上接枝1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷(D4Vi)的方法,制备了一种新的负载型铂基催化剂(GF-Pt).制备过程是:先用甲基二氯硅烷对玻璃纤维表面进行硅烷化处理使玻璃纤维表面键合硅氢键,然后以Pt(0)-D4Vi络合物为催化剂催化D4Vi与硅氢键反应,从而在玻璃纤维表面接上D4Vi环并同时络合有铂.傅里叶变换红外光谱、场发射扫描电镜、X射线能谱和热重分析研究结果表明,D4Vi环成功地以共价键键合于纤维表面.采用苯乙烯与甲基二乙氧基硅烷的硅氢化反应对该催化剂的催化性能进行了表征.结果表明,该催化剂能在室温下有效地催化硅氢化反应,能符合所设计的聚合物基自修复复合材料体系的特殊要求.

丝素蛋白/介孔生物玻璃陶瓷复合材料修复颅骨缺损

背景：文献报道丝素蛋白/介孔生物玻璃陶瓷骨复合材料修复骨缺损效果理想,具备良好的生物相容性,但对于复合材料的制备方法、生物安全性缺乏报道。目的：研究丝素蛋白/介孔生物玻璃陶瓷复合材料的制备方法及其修复颅骨缺损的效果。方法：取32只SD大鼠,建立颅骨缺损模型,随机分为2组,实验组于骨缺损处置入丝素蛋白/介孔生物玻璃陶瓷复合膜材料,对照组于骨缺损处置入丝素蛋白膜材料。置入后4,8周,进行颅骨CT检查与组织学观察。结果与结论：①CT检查：置入后4周,实验组骨缺损空隙较小,可见较多致密的新骨;对照组缺损部位缩小,可见少量新骨。置入后8周,实验组缺损部位修复完整,对照组缺损部位存在空隙,实验组置入后不同时间点的骨体积大于对照组（P〈0.05）;②苏木精-伊红染色观察：置入后4周,实验组置入的材料与宿主骨之间存在新骨,无炎症反应;对照组材料周围存在少许新生骨和纤维组织。置入后8周,实验组缺损边缘存在较多新骨且形态与宿主骨相类似,支架完全降解;对照组依然看到材料的存在;③结果表明：丝素蛋白/介孔生物玻璃陶瓷复合材料可促进骨缺损的修复。

复合材料胶粘修复界面的载荷传递仿真优化

胶接修复工艺是飞机结构修理的重要工艺之一,为了研究胶黏工艺对修复效果的影响规律,探索最佳的工艺参数,本文建立胶粘修复的三维模型,利用ANSYS Workbench有限元软件对胶粘修复界面载荷传递进行分析,讨论补片材料、补片厚度、胶层剪切模量和胶层厚度对胶接修复的影响。仿真结果证明补片材料为硼/环氧树脂时,胶粘失效风险最小;补片较厚时,胶接修复效果好,但补片过厚会削弱胶接修复的效果;胶黏剂剪切模量越大越有助于损伤区域的修复,工程应用中建议选用剪切模量较高的胶黏剂;胶层较厚时会增大胶层发生缺陷的概率从而减弱修复效果,建议合理选取厚度较小的胶层。最后提出修复界面的表面处理、复合材料端部的溢胶以及倒角处理均有益于修复结构的载荷传递,缓和胶粘界面应力水平,降低胶层失效的风险。

玄武岩纤维-水泥自修复复合材料断裂能的研究

以玄武岩纤维、微胶囊和水泥为原料,制备具有自修复功能的微胶囊玄武岩纤维-水泥复合材料.采用三点弯曲法对复合材料试样进行断裂能测试,研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数和水灰质量比对断裂能的影响,研究复合材料的抗折强度、抗压强度与断裂能的关系.结果显示,复合材料的断裂能随着纤维掺量的增加而增加,当纤维掺量为10 kg/m3时,断裂能达到107.89 N/m;断裂能随纤维长度的增加呈较小幅降低;断裂能随微胶囊质量分数的增加呈先增后降趋势,当微胶囊质量分数为2%时,断裂能达到最大值;断裂能随水灰质量比的增加而降低;断裂能与抗折强度有一定的线性关系,与抗压强度关系不明显;材料经损伤后修复,断裂能修复率为80.15%,恢复率为95.52%.

修复金属板裂纹的复合材料补片正交优化

基于Abaqus软件建立了金属板裂纹复合材料补片修复结构的有限元模型。以应力强度因子(SIF)为判据,利用L9(34)型正交实验考察了各补片参数对修复效果的影响。结果表明:在99%置信度水平下,补片厚度的贡献率为68.77%,铺层顺序的贡献率为29.59%,而补片长度对修复效果的影响不明显。结合工程应用实际与正交分析结果,利用设计好的补片对含中心贯穿裂纹的铝合金板进行了修复,并对修复结构进行了静强度测试。结果表明:修补后静强度为未修复裂纹板的1.32倍,恢复至完好板的97.2%,延伸率为未修复裂纹板的2.24倍,恢复至完好板的50.7%。结论:选用长度为40 mm,厚度为1.2 mm,铺层顺序为[0°/90°]s的正方形补片时修补效果最好。

用于复合骨组织修复材料的相容剂的制备及其性能研究

针对目前复合骨修复材料中羟基磷灰石(HA)粒子和聚乳酸(PLA)基体之间相容性差的问题,合成了具有端乙烯基的 PLA 大分子单体,并将其与含有双键的硅烷偶联剂共聚,制备出一种新型相容剂。利用相容剂中硅烷偶联剂水解生成的羟基与 HA 粒子表面的羟基发生缩合反应,使得 HA 和相容剂之间发生化学键合作用,从而改善 PLA基体和 HA 的相容性。利用傅立叶变换红外光谱表征所合成的原料和相容剂,证实为目标产物;利用扫描电镜观察复合材料的微观形貌,发现在复合材料中用相容剂处理过的 HA 和 PLA 界面比较模糊,粒子表面有丝状物出现,说明经过相容剂处理后,HA 与 PLA 基体的相容性得到明显改善。

补片设计对复合材料粘接修复效果的影响

研究了补片参数对修复效果的影响并对补片参数进行了优化设计。结果表明,补片参数的优化设计对补片承担和传递载荷作用的发挥起着至关重要的作用,补片最佳层数是6层,最佳长度是20 mm,纤维方向与载荷方向一致时其加强作用最显著,双面贴补效果好于单面贴补。

外援型聚合物基自修复复合材料研究进展

聚合物基自修复复合材料是一种重要的的智能复合材料。本文就近年来聚合物基自修复复合材料的研究进展进行了系统综述,并以外援型热固性聚合物基自修复复合材料为重点,详细介绍了几种典型的外援型修复方法,主要包括微胶囊型自修复、中空纤维型自修复、微脉管型自修复、热塑性自修复,系统地阐述了这几种自修复方法的修复机理及特点并分析比较其优劣,展望了聚合物基自修复复合材料的应用前景及发展方向。

一种聚合物基自修复复合材料的制备与表征

针对聚合物基自修复复合材料研究中存在的问题并结合硅氢化反应及其催化剂的特点,基于埋植式自修复体系的最新进展,提出了一种新的自修复体系。该体系由分散于基体中的包覆有修复单体的微胶囊和负载有催化剂的增强粒子或纤维填料构成。体系中的催化剂选用能在常温常压下快速高效催化硅氢化反应的负载型铂基催化剂。修复剂选用兼有多个硅氢键(Siv—H)和硅乙烯键(Si—Vi)的低聚有机硅氧烷。研究了所制备的自修复单体Ⅰ和Ⅱ在Karstedt催化剂和GF—Pt催化下的聚合反应,结果表明自修复单体能顺利聚合。用SEM研究了用修复单体Ⅱ处理负载有催化剂的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的断面前后的形貌变化,结果表明修复反应可以在复合材料内部发生,修复反应发生后对界面结合有利。

冲击损伤下航空复合材料修复技术研究进展

先进复合材料在航空领域的广泛应用,尤其是在主承力结构方面的应用,对复合材料维护和修理工作提出了新的、更加迫切的要求。复合材料结构具有各向异性和非均质性的特点,对分层损伤和层间断裂十分敏感,此类损伤会造成复合材料结构强度和性能的大幅降低,进而对航空飞行器的结构安全造成灾难性的后果。冲击载荷正是导致此类损伤的最大威胁,因此,对复合材料结构的冲击损伤规律及其修复技术的研究成为近年来的热点和难点。从冲击损伤评估、无损检测和修复技术三方面综述了当前国内外的主要研究进展,展望了冲击损伤下航空复合材料修复技术的发展前景。