《層合結構複合材料基體多網路交聯及自修復功能研究》是依託南京大學，由任華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：層合結構複合材料基體多網路交聯及自修復功能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：任華
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
脫層是層合結構複合材料最主要的損傷模式，是制約其套用的瓶頸。通過在複合材料基體中引入可逆反應修復體系，實現裂紋自修復功能，可望從源頭上抑制脫層失效，從而提高複合材料服役可靠性。限制可逆反應修復套用於複合材料的障礙在於目前尚不清楚基體分子結構對修復反應活性及修復效能的影響機制，無法解決修復效率與材料耐熱性之間的矛盾。本課題以此為切入點，通過引入剛性萘環作為分子主鏈骨架，以環氧基團及少量烯丙基共聚形成不可逆交聯網路賦予基體樹脂高耐熱性，以呋喃和醯亞胺作為修復基團形成Diels-Alder可逆反應交聯網路實現可修復功能，設計合成多網路交聯型複合材料基體樹脂。通過研究修復反應動力學，探索分子結構與可逆反應活性的內在關係及其影響機理；製備相應層合結構複合材料，從力學性能角度評價其修復效能，詳細探討並闡明修復效率、耐熱性、力學性能同基體樹脂分子結構之間的關聯特性，為其實際工程套用奠定必要的研究基礎。
結題摘要
本項目著眼於複合材料的自我修復功能，通過在複合材料基體中引入可逆反應修復體系,實現裂紋自修復功能,在源頭上抑制脫層失效,從而提高了複合材料服役可靠性。 本項目所解決的核心科學問題，包括：1、通過引入剛性萘環作為分子主鏈骨架,以環氧基團及少量烯丙基共聚形成不可逆交聯網路賦予基體樹脂高耐熱性,以呋喃和醯亞胺作為修復基團形成Diels-Alder可逆反應交聯網路實現可修復功能,從而解決了修復效率與材料耐熱性之間的難以平衡的矛盾；2、通過動態掃描量熱法，採用等轉化率模型研究了萘環、醯亞胺等交聯基團的反應動力學參數，獲取了大量的實驗數據，包括醯亞胺與呋喃反應的反應轉化率隨溫度變化、體系粘度、基團含量之間互相影響機制，為項目的套用提供了極其重要的科學基礎數據；3、通過鋪貼熱壓法製備了相應層合結構複合材料,從力學性能角度評價其修復效能,詳細研究了修復溫度對修復效能的影響，當修復溫度接近相轉變溫度時，修復效率可達到86.2%，同時證明了分子鏈的形態、材料的形狀記憶效應對修復效能有緊密相關性，是進一步開展後續研究的重要方向。 本項目研究工作，涉及環氧樹脂的分子結構設計、合成與製備、固化反應參數及模型、成型裝備與工藝、結構性能表征等方面，成功合成出六種新型複合材料基體樹脂並衍生出多個細分樹脂結構，包括含有萘環、醯亞胺、呋喃結構環氧樹脂，萘環、烯丙基多重網路交聯型環氧樹脂，含聯苯、呋喃結構環氧樹脂，用於複合材料微徑拉擠成型工藝的自修復環氧樹脂，通過引入醯亞胺結構得到磷氮阻燃耐熱型環氧樹脂等新型分子結構複合材料基體樹脂。 同時，本項目在自修複方面的基礎研究成果已成功嫁接在芳綸纖維複合材料光纜增強芯的製備技術中，用於芳綸纖維複合材料的微徑拉擠成型工藝，通過後固化過程，線上修復模具熱擠壓過程中應力累積所產生的微裂紋，最直接的有益效果表現在所製備材料的彎曲韌性提高一倍以上，最小彎折半徑減小60%，各項指標顯著優於同類產品，實現了產業化並形成經濟效益。 本項目相關研究成果，發表論文6篇，申請發明專利11項，已授權1項，期間獲省級科學技術獎1項，市級人才獎1項，培養研究生3名。基於本項目研究成果，項目負責人申獲省級工業支撐計畫等多個套用研究項目，基金的資助為個人和團隊進入獨立科研領域提供了不可替代的平台和基礎，也使項目負責人通過實踐找到科研價值追求，立志做有益的科研、做有用的科研。
