[发明专利]一种自修复的三维碳纤维/记忆合金飞机壳层及其制备方法

说明书

本发明提供一种自修复的三维碳纤维/记忆合金飞机壳层及其制备方法，该自修复的三维碳纤维/记忆合金飞机壳层包括碳纤维基三维基布和可自修复的聚合物填料，具体制备方法为：以碳纤维作为纬纱，波浪状记忆合金作为经纱，采用三维角联锁结构，经纱在厚度方向上每两层与纬纱交织一次，制备得到三维角联锁基布；将三维角联锁基布浸入电解液中进行阳极氧化处理，清洗干燥，得到氧化处理的三维角联锁基布；将可修复的环氧树脂和聚醚砜混合均匀后，放入模具中，将含光敏剂的微胶囊平铺其中，将基布浸渍其中，静置吸附，加热加压，微波固化，得到自修复的三维碳纤维/记忆合金飞机壳层。本发明制备的壳层轻质高强，可自修复内部损伤，使用寿命提高。

技术领域

本发明属碳纤维飞机壳层材料技术领域，具体涉及一种自修复的三维碳纤维/记忆合金飞机壳层及其制备方法。

背景技术

随着飞机及航空技术的日益发展，对飞机的性能不断提高，要求飞机的结构重量系数不断降低，因此，对飞机的材料和结构提出了巨大的挑战，轻型化成为飞机及航空器发展的主要趋势。目前飞机及航空器壳体所采用的材料多为铝合金、钢材等常规材料与先进的复合材料联合使用，为了降低飞机的重量系数，复合材料的使用比例不断提高，但是为了保证飞机的强度、使用寿命、工艺性和经济性方面的要求，对复合材料的结构效率、成本、修理和维护方面提出了更高的要求。

碳纤维复合材料由于碳纤维的高强度、高模量等优异性能，与玻璃纤维、硼纤维和芳纶纤维复合材料相比弹性、刚度、吸湿性和加工工艺更优，在飞机结构中得到大量的应用。中国专利CN 101870172B公开的飞机及航空器的碳纤维复合材料壳体的制备模具及其成形方法，将内模、模芯、上盖板、下盖板和轴的位置固定后，将碳纤维复合材料壳体纵向肋和环向肋缠绕成形，填加步枪预浸料进行补强，压实压平，固化炉固化，拆掉固定，得到碳纤维复合材料壳体。中国专利CN 101870800B公开的中空碳纤维布环氧树脂复合材料及其制备方法，将尿素和乙二醇作为原料，在石墨坩埚中烧结后，充入氮气或者氩气再次烧结，冷却得到中空碳纤维布，将中空碳纤维布浸入到环氧树脂胶保持5-20min，取出，将浸渍环氧树脂的中空碳纤维布逐层叠加，加热加压，得到中空碳纤维布环氧树脂复合材料。由上述现有技术可知，通过将碳纤维与聚合物材料相结合制备的复合材料具有密度小、强度大的特定，但是碳纤维复合材料在外界载荷环境作用下，容易产生不同尺寸的微裂纹，使复合材料内部分层分裂，造成承载能力降低，增加复合材料的恢复难度，因此，具有自修复性能的碳纤维复合材料成为研究的难点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自修复的三维碳纤维/记忆合金飞机壳层及其制备方法，将碳纤维和波浪状记忆合金作为原料，采用三维角联锁结构织造，得到基布，将基布氧化改性后浸渍于含光引发剂、可修复的环氧树脂和聚醚砜的混合物中，加热加压，微波固化，得到自修复的三维碳纤维/记忆合金飞机壳层。本发明制备的壳层轻质高强，可自修复内部损伤，使用寿命提高。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种自修复的三维碳纤维/记忆合金飞机壳层，所述自修复的三维碳纤维/记忆合金飞机壳层包括三维基布和聚合物填料，所述三维基布由碳纤维和波浪状记忆合金构成，所述聚合物填料由可修复的环氧树脂、聚醚砜和含光敏剂的微胶囊构成。

作为上述技术方案的优选，所述三维基布的结构为三维角联锁结构。

本发明还提供一种自修复的三维碳纤维/记忆合金飞机壳层的制备方法，包括以下步骤：

(1)以碳纤维作为纬纱，波浪状记忆合金作为经纱，采用三维角联锁结构，经纱在厚度方向上每两层与纬纱交织一次，制备得到三维角联锁基布；

(2)将步骤(1)制备的三维角联锁基布浸入电解液中进行阳极氧化处理，清洗干燥，得到氧化处理的三维角联锁基布；