[发明专利]一种智能复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种智能复合材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：在多孔导电网络结构边缘设置电极，制得导电材料薄膜传感器；使所述导电材料薄膜传感器与树脂基材料复合，或者，先将导电介质或由导电介质构成的多孔导电网络结构与树脂基材料进行复合，固化后得到复合材料，之后在其边缘设置电极，获得智能复合材料。本发明采用导电材料制成薄膜状网络结构，利用该导电网络结构，可以实现对损伤的探测以及定位；同时其容易与树脂基材料进行复合，且不会降低复合材料的机械性能；并且，本发明的智能复合材料可自监测，对损伤进行定位，并图像化显示，还能够对指定损伤进行定点自修复，不影响其他区域。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料，尤其涉及一种可损伤监测及自修复纳米智能复合材料及其制备方法，以及其应用，属于纳米复合材料技术领域。

背景技术

和金属材料相比，纤维增强树脂基复合材料具有高比强度、高比模量、耐疲劳以及可设计性强等优点，已在航空航天、机械、建筑、船舶、体育、医疗等领域广泛应用。其中，由于其具有轻质、高强的特点，在航空航天飞行器等对结构重量有严格要求的领域得到了越来越广泛的应用和需求。例如，美国波音公司和欧洲空客公司在其最新型飞机中均大量使用了复合材料：波音公司最先进的B787飞机中，复合材料结构重量所占比例高达50％；空客公司的A380中复合材料占结构总重量约25％，A350中复合材料结构重量比例更高达52％。我国自主研发的C919飞机复合材料用量约为12％，正在研发的宽体C929飞机复合材料用量目标为50％以上。在军用飞机方面，美国早期的F-15E战机中复合材料的用量仅为2％，而在最新的F-35战机中，复合材料用量则高达到36％。

然而，复合材料的多相复合结构在赋予了材料优异的结构及功能特性的同时，也导致了复合材料易在服役过程中产生裂纹、纤维脱粘或断裂、分层等多种形式的内在损伤。在复合材料构件失效前，这种内在损伤通常不会引起复合材料外形变化，而且难以通过常见的目视检查或敲打检查发现。因此，对复合材料进行结构健康监测，是监测结构完整性和可靠性的重要手段，为复合材料结构失效进行提前预警，以避免因材料结构失效而引起的事故。

碳纳米管具有高强度、高导电性等优异性能，并可以通过不同的制备方法形成纤维、薄膜和三维网络结构等宏观组装体，利用这些碳纳米管的宏观组装体可以实现对材料的应变感应、损伤监测、制备过程监测等结构健康监测的应用中。但到目前为止，大多数方法需要将碳纳米管分散于树脂基体或将碳纳米管包覆于某种基体材料上来制备应变传感器，这些方法虽然具有一定应变灵敏度，但是其制备方法中都含有多个复杂的步骤。这些复杂步骤不仅降低了实际生产应用中的效率，并且引入了诸多难以控制的因素。此外，大部分传感器均只限于对应变和损伤的定性感应，无法确定损伤的具体位置。例如发明专利CN105713348A和CN106643464A采用CNT与环氧树脂复合，并切割成回字形作为应变传感器，通过被监测构件变形，带动传感器变形并引起其电导率变化，从而实现对应变的监测。这种方法仅能对材料变形进行监测，无法判断变形与损伤区别，且无法对损伤位置进行精准定位。因此开发一种能够实现损伤定位监测，并且能对损伤进行自修复的材料具有重要的实际应用价值。

综上所述，目前现有的复合材料主要存在以下几个不足：1、无法对损伤进行定位，只能定性判断有损伤发生；2、无法自修复；3、修复难以针对指定区域；4、传感器需要贴附或埋入材料内部，对材料原始性能有降低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可损伤监测及自修复纳米智能复合材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供所述智能复合材料的用途。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种智能复合材料的制备方法，其包括：

由导电介质构成的微观多孔导电网络结构；

至少填充分布于所述多孔导电网络结构所含孔隙中的树脂基材料；以及，