[发明专利]一种碳纤维增强尼龙基复合材料的自感应修复方法

说明书

一种碳纤维增强尼龙基复合材料的自感应修复方法，涉及复合材料领域。所述方法包括：使尼龙11结晶析出于碳纤维表面，并在碳纤维表面形成包裹层，制得碳纤维‑尼龙复合材料；在碳纤维两端设置一对铜片，铜片通过外加金属导线引出，两端的金属导线对应连接，使得碳纤维组成回路，外接电路系统；输入或改变外部驱动信号，获取数据，确定电阻变化率实现自感知检测；所述数据包括电阻变化量、应变位移方向、应变位移量等；对所得数据进行分析，根据实际损伤对象，通过控制应变位移方向及位移大小实现碳纤维增强尼龙基复合材料或成型件表面损伤的自修复。避免构建复杂的三位网络修复体系、整体的系统接口复杂、附加增重多；修复效率高。

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是涉及一种碳纤维增强尼龙基复合材料的自感应修复方法。

背景技术

在人类生活和自然界中，处处存在着复合材料的应用，这些复合材料不仅可以实现对材料的增强改性效果，也可以利用其物理化学特性实现自感知修复的功能，可以显著提高材料对于环境的使用要求，延长其使用寿命。

目前，国内外在进行自感知和自修复的研究中，以外援型自修复为主，通过设计三维中通脉管的形式实现自感知修复，整体的系统接口复杂，附加增重多。碳纤维(CF)是含碳量高于90％的无机高分子材料，压阻效应明显，具有较好的自感知特性，常作为高性能复合材料的自感知及增强材料。在弹性范围内，碳纤维的电阻在拉应变下随应变增加而呈正比例增加，在压应变下电阻随应变增加而呈正比例减小的一种可逆性行为。

研究发现，尼龙11不仅压电性能良好，压电活性仅次于PDVF，而且表现良好的高温稳定性，基于碳纤维的压阻效应和尼龙11的压电性作为自诊断复合材料可以弥补传统检测设备的不足。实现激光烧结成型件结构内部微小缺陷的实时监测，确保烧结复合材料及成型件的使用安全，减少维护成本，在感知修复领域具有非常大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供可避免构建复杂的三维脉管结构，有效解决在SLS(选择性激光烧结)增材制造过程中针对材料及成型件出现损伤难以及时自主修复等问题，提供充分利用产生的应变位移及时修复在激光增材制造过程中出现的微裂纹和分层现象的一种碳纤维增强尼龙基复合材料的自感应修复方法。

一种碳纤维增强尼龙基复合材料的自感应修复方法，包括以下步骤：

1)使尼龙11结晶析出于碳纤维表面，并在碳纤维表面形成包裹层，制得碳纤维-尼龙复合材料；

2)在碳纤维两端设置一对铜片及金属导线，外接电路系统；

3)输入或改变通入电场的驱动信号，获取数据，确定电阻变化率实现自感知检测；所述数据包括电阻变化量、应变位移方向、应变位移量等；

4)对所得数据进行分析，根据实际损伤对象，通过控制应变位移方向及位移大小实现碳纤维增强尼龙基复合材料或成型件表面损伤的自修复。

在步骤1)中，所述使尼龙11结晶析出于碳纤维表面是将尼龙11、碳纤维粉末、溶剂、润滑剂、抗氧化老化剂加入反应釜反应，通过溶剂沉淀法，使得碳纤维的表面析出尼龙晶体；所述碳纤维可采用T-300、T-700或T-800等；纤维的直径可为7±1μm，长径比约可为10，密度可为1.78g/cm³，拉伸强度可为3500MPa，断裂伸长率可为1.5％，含碳量大于96％，平均纤维长度可为72.17μm；所述溶剂可采用工业级无水乙醇；所述润滑剂可采用聚四氟乙烯、乙撑双脂肪酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺等中的一种；所述抗氧化老化剂可采用抗氧剂1010[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇或抗氧剂168(三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)等；