聚合物基複合材料疲勞損傷的自癒合

《聚合物基複合材料疲勞損傷的自癒合》是依託中山大學，由袁彥超擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：聚合物基複合材料疲勞損傷的自癒合
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：袁彥超
• 依託單位：中山大學

中文摘要

本項目針對聚合物基複合材料在製備、加工、使用過程中由疲勞所造成的動態微損傷、微裂紋破壞，開展基於環氧修復劑的快速損傷自癒合環氧樹脂複合材料的製備與性能研究，以期獲得一種能夠快速、有效延遲或阻止疲勞裂紋發展、進而自行修復損傷的新型材料，突破以往自癒合材料因修復劑反應較慢、粘結強度較差而無法原位快速修復裂紋的難題。將深入研究自癒合體系的合成及相關複合材料的製備方法，揭示阻礙疲勞裂紋萌生和擴展的機理，闡明修復劑的分子結構與材料的物理性能和力學性能、抗疲勞性能之間的相關性，為提高聚合物基複合材料的使用穩定性和使用壽命提供一種新思路。本項目將在理論上為高性能複合材料的結構設計、耐疲勞性能的提高、動態微損傷的自修復等提供科學依據，而在實際中將有望發展一種智慧型型聚合物基複合材料，具有重要的理論和實際意義。

結題摘要

疲勞裂紋的產生和失穩是造成高分子複合材料破壞的主要原因之一，本項目針對複合材料在製備、加工、使用和維護過程中由疲勞所造成的動態微損傷、微裂紋破壞，開展了基於環氧修復劑的快速損傷自癒合環氧樹脂複合材料的製備與性能研究，獲得了一種能夠快速、有效延遲或阻止疲勞裂紋發展、進而自行修復損傷的新型材料，突破了以往自癒合材料因修復劑反應較慢、粘結強度較差而無法原位快速修復裂紋的難題。深入地研究了自癒合體系的合成及相關複合材料的製備方法，揭示了阻礙疲勞裂紋萌生和擴展的機理，闡明了修復劑的分子結構與材料的物理性能和力學性能、抗疲勞性能之間的相關性，為提高聚合物基複合材料的使用穩定性和使用壽命提供了一種新思路。採用線彈性斷裂力學研究疲勞裂紋萌生和擴展規律，考察在拉伸循環載荷作用下應力強度因子幅度、應力比、載入頻率、裂紋尖端膠粘劑黏度變化和固化以及溫度、起始預裂紋、材料結構、膠囊粒徑、膠囊含量、膠囊配比對複合材料抗疲勞損傷性能的影響，對不同增長速率的裂紋延遲或阻止效果，評價癒合動力學與裂紋增長動力學之間的相關性。在疲勞裂紋擴展過程中，從膠囊內流出的癒合劑組份能夠在室溫下非常短的時間的快速固化，癒合劑的斷裂韌性迅速增大。自癒合試樣通過四種機理即微膠囊誘導增韌機理、液壓裂紋尖端禁止機理、聚合物楔和膠黏劑粘接裂紋尖端禁止機理來有效延遲或捕獲疲勞裂紋，延長材料壽命。四種禁止機理在不同的情況下發揮不同的作用。癒合效果強烈依賴套用應力強度因子幅度ΔKI，ΔKI越低，癒合效率越高。本項目在理論上為高性能複合材料的結構設計、耐疲勞性能的提高、動態微損傷的自修復等提供了科學依據，而在實際中將有望發展一種智慧型型聚合物基複合材料，具有重要的理論和實際意義。