[发明专利]具有自修复层的复合层压件

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

图1a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1b)。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1c)。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1d)。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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明的再一方面提供一种使本发明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。

本发明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T1，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。

下面对本发明的所有方面进行说明。