具有自修复层的复合层压件制造技术

一种复合结构包括：第一叠置件，该第一叠置件包括多层复合材料和至少一层自修复材料，所述自修复材料层包括多个容纳部，该多个容纳部均容纳可固化修复液；以及第二叠置件，该第二叠置件包括多层复合材料，所述叠置件在结合线处接合在一起。通过将自修复材料层放置在叠置件的其中一个（优选较靠近于结合线）中，所述自修复材料层可以阻止裂纹在第一叠置件与第二叠置件之间传播。优选地，第一叠置件的整体强度大于第二叠置件的整体强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种复合层压结构，以及一种在一对复合结构之间形成接合部的方 法。
技术介绍
图Ia示出了第一结构40和第二结构41之间的结合接合部。由于疲劳负载，裂纹 将传播并且沿不能被预先确定的路径传播。可以识别三种不同的情况。 裂纹43b穿过第二结构41传播，并与结合线42平行(图lb)。这将使得第二结 构41完全失效，该第二结构41将停止其与第一结构40的协作。通常该情况不是致命的。 如果利用自动防故障装置的设计原理，则第二结构41的失效将不会产生结构完全失效，该 结构仍能够承受外部负载。 裂纹43c朝第二结构41的外表面传播并消失(图Ic)。该情况可致使第二结构 41完全失效或者部分降低其性能。在这两种情况下，由于第一结构40保持不变，因此这不 会使整个结构完全致命地失效。·裂纹43d朝第二结构41的内表面传播，然后穿过第一结构40 (图Id)。该情况 不能被接受，因为其导致第一结构40致命地失效，因此必须被避免。将裂纹限制在确定范围内的能力将简化认证活动，提高信用水平，改进备用系数 和最终整体重量，并且最终提高安全性。在J. R. Soc. Interface (2007) 4, 363-371 (doi 10. 1098/rsif. 2006. 0194)的 R. S. Trask.G. J. Williams、I. P. Bond的“使用中空玻璃纤维的先进复合结构的仿生自修复” 中描述了多种自修复结构。描述了一种16层的玻璃纤维层压件，其中，自修复丝被引到四 个损坏的关键层界面。还描述了一种16层的碳纤维层压件，其中修复玻璃纤维(HGF)位 于层内的两个界面处，在层压之前直接卷绕在未固化的碳纤维增强塑料(CFRP)层上。根据 Trask等人的研究，作为离散层的HGF的结合被视为不适用于CFRP层压件，因为其实际上产 生混合的玻璃碳层压件，并且导致它们的优良机械性能大为降低。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供一种复合结构，该复合结构包括第一叠置件，该第一叠置 件包括多层复合材料和至少一层自修复材料，所述自修复材料层包括多个容纳部，该多个 容纳部均容纳可固化修复液；以及第二叠置件，该第二叠置件包括多层复合材料，所述第一 叠置件和第二叠置件在结合线处接合在一起。本专利技术的另一方面提供一种形成复合接合部的方法，该方法包括组装第一叠置 件，该第一叠置件包括多层复合材料和至少一层自修复材料，所述自修复材料层包括多个 容纳部，该多个容纳部均容纳可固化修复液；组装第二叠置件，该第二叠置件包括多层复合 材料；以及在组装所述第一叠置件和第二叠置件之后将二者在结合线处结合在一起。本专利技术的再一方面提供一种使本专利技术的第一方面中所述的复合结构中的裂纹偏转的方法，所述裂纹产生于所述结合线或第二叠置件中，该方法包括使所述自修复层中的 所述容纳部中的至少一些断裂，使得所述可固化修复液从所述断裂的容纳部流出并固化， 由此使所述裂纹偏转。通过将自修复材料层放置在叠置件的其中一个(优选较靠近于结合线)中，所述 自修复材料层可以阻止裂纹在第一叠置件与第二叠置件之间传播。优选地，第一叠置件的 整体强度大于第二叠置件的整体强度。典型地，所述第一叠置件包括按一定叠置顺序布置的N个层，所述N个层包括第 一层，该第一层位于所述叠置顺序的与所述结合线相邻的一端处；以及第N层，该第N层位 于所述叠置顺序的远离所述结合线的另一端处，其中，所述自修复材料层较靠近所述结合 线定位，使得其在所述叠置顺序中的位置小于N/2。典型地，所述自修复材料层是所述叠置顺序中的第一层、第二层、第三层或第四 层。优选地，所述自修复材料层不是所述叠置顺序中的第一层。可以通过粘合剂层将所述叠置件结合在一起。在该情况下，所述结合线的厚度等 于所述粘合剂层的厚度。可选地，所述叠置件可以通过将它们共同固化而结合在一起。在 该情况下，所述结合线的厚度为零。本专利技术的又一方面提供一种复合层压结构，该复合层压结构包括多层复合材料 的叠置件，每层复合材料均包括嵌入在基体内的多个增强纤维；以及一层或更多层自修复 材料，该自修复材料嵌入在所述多层复合材料的叠置件内，每层自修复材料均包括多个容 纳部，每个容纳部均容纳可固化修复液，其中，所述叠置件的总厚度为T2，所述自修复材料 层的总厚度为Tl，其中，比例T1/T2小于0. 1。通过使比例T1/T2变得较低，则可以阻止裂纹传播，而不对所述结构的弯曲性能 存在明显有害的影响。下面对本专利技术的所有方面进行说明。所述容纳部可以由玻璃材料或任何其它合适的材料形成。所述容纳部和所述增强纤维可以由不同的材料形成。与Trask等人的教导相反， 已发现，由不同的材料形成容纳部不会导致层压件的机械性能明显降低，特别是如果比例 T1/T2足够低时尤为如此。所述自修复材料层可以包括“预浸渍物”层，也就是在“预浸渍物”层被组装至叠 置件中之前所述多个容纳部被灌注基体的层。可选地，如Trask等人所述，所述容纳部可以 是在层压之前直接卷绕在未固化的复合材料层上的纤维，而不是作为离散的“预浸渍物”层 被组装至叠置件中。在以下描述的实施方式中，所述自修复材料层具有容纳部，而无增强纤维。然而， 在可选实施方式中，所述自修复材料层可以包括与多个增强纤维混合的多个容纳部。所述容纳部可以包括纤维、泡囊或者任何其它合适的中空结构。所述自修复材料层中的所述容纳部可以容纳可固化修复液的单组分系统 (one-part system)。可选地，所述自修复材料层还可以包括多个容纳部，每个容纳部均容 纳硬化剂液，该硬化剂液在与所述可固化修复液接触时使该可固化修复液固化。在另一个 可选例中，催化剂或硬化剂可以被包含在所述基体内。附图说明现在将参考附图描述本专利技术的实施方式，附图中图Ia-Id示出了传统的结合接合部；图2示出了根据本专利技术的第一实施方式的结合接合部；图3示出了单层的CFRP ；图4示出了铺设的第一结构；图5示出了单层的自修复材料；图6详细地示出了两个HGF ；图7示出了在共同固化之前被放置在一起的两个叠置件；图8示出了偏转的裂纹；图9示出了根据本专利技术的第二实施方式的结合接合部；图10示出了通过桁条与面板之间的粘结接合部的纵剖视图；图11示出了通过面板的横剖视图，该面板示出了多个桁条；以及图12是示出了改变裂纹偏转部的数量如何能影响结构的机械性能的曲线图。具体实施例方式图2中所示的复合层压结构包括在结合线14处接合的第一结构1和第二结构2。 每个结构1、2均通过组装多层复合材料的叠置件而形成。每层复合材料均包括嵌入在基体 内的多个增强纤维。图3中示出了示例层3。在该情况下，层3是具有单层的单向碳纤维4 的所谓“预浸渍物”，该单层碳纤维4灌注有部分固化的环氧树脂基5。为了易于说明，图中 的纤维4均示出为指向页面内或指出页面外。然而，实际上，纤维的方向可以在所述叠置件 中变化，以使所述叠置件具有期望的机械特性。图4示出了如何形成第一结构1。N层复合材料的叠置件以一定的叠置顺序被放 置在台50上，该叠置顺序包括使第一层(i = 1)位于叠置顺序的底部并且使第N层(i = N)位于顶部。第四层6是一层自修复材料(以下被称作“裂纹偏转部”)。裂纹偏转部6在图5 和6中被详细地示出，并且包括具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合结构，该复合结构包括：第一叠置件，该第一叠置件包括多层复合材料和至少一层自修复材料，所述自修复材料层包括多个容纳部，每个所述容纳部均容纳可固化修复液；以及第二叠置件，该第二叠置件包括多层复合材料，所述第一叠置件和第二叠置件在结合线处接合在一起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：恩佐科森蒂诺，
申请(专利权)人：空中客车英国有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]