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具有自修復(fù)功能的高分子系復(fù)合材料

高分子系復(fù)合材料（FRP）具有優(yōu)良的比強(qiáng)度、比剛度，期待在宇航、汽車等領(lǐng)域擴(kuò)大其應(yīng)用。但FRP中容易產(chǎn)生微小的內(nèi)部損傷并聚集，以致引起突發(fā)損壞，因此對(duì)確保FRP安全性、可靠性的要求非常高。另一方面，F(xiàn)RP廢棄物逐年增加，增加了環(huán)境負(fù)荷。在此背景下，國(guó)內(nèi)外對(duì)能夠長(zhǎng)時(shí)間維持優(yōu)良性能并可自修復(fù)內(nèi)部損傷的FRP研究非常活躍。介紹了這方面的研究狀況。

FRP的自修復(fù)主要靠使用修復(fù)劑使產(chǎn)生裂紋的表面重新粘接，有以下幾種方法。

（1）使用中空纖維。這是一種使用灌入修復(fù)劑的中空纖維，并賦予熱固化樹脂以自修復(fù)性能的方法。但有人指出，因中空纖維的直徑比普通纖維的大，可能成為破壞的起點(diǎn)，所以研究集中在高效率灌入大量修復(fù)劑和把對(duì)FRP強(qiáng)度的影響降到最低的方面。

Sujeet K Sah et al. SAE 2014-28-0025.

編譯：李雪

刊名：金屬（日）

刊期：2013年第12期

作者：真田和昭

編譯：張英才

（2）使用微膠囊。這是使用內(nèi)包有修復(fù)劑的微膠囊賦予熱固化樹脂以自修復(fù)性能的方法。目前僅明確了對(duì)層間剝離有較高的自修復(fù)效果。今后主要開發(fā)微膠囊在FRP中均勻分布的技術(shù)以及除層間剝離以外的損傷自修復(fù)技術(shù)。

（3）使用細(xì)管網(wǎng)絡(luò)。前述兩種方法都不能解決同一部位再次自修復(fù)的問(wèn)題，因此研究了在材料內(nèi)部構(gòu)筑如人體血管的細(xì)管網(wǎng)絡(luò)，從別處連續(xù)供給修復(fù)劑，對(duì)多次出現(xiàn)損傷進(jìn)行自修復(fù)的方法。但還面臨諸多問(wèn)題需要解決。

（4）使用固體修復(fù)劑。這種方法是對(duì)損傷部位加熱，熔融混在材料中的固體修復(fù)劑，待滲透到裂紋面后使修復(fù)劑再度固化，實(shí)現(xiàn)裂紋面的粘合。雖然已經(jīng)提出多種修復(fù)劑并確認(rèn)了其自修復(fù)效果，但FRP使用到機(jī)器上后損傷部位的檢驗(yàn)及加熱方法的開發(fā)還需解決。

（5）使用形狀記憶合金。這是利用形狀記憶合金產(chǎn)生使裂紋閉合的力，從而使損傷實(shí)現(xiàn)自修復(fù)的方法。為了達(dá)到裂紋閉合的目的，必須讓合金記住適當(dāng)?shù)淖冃瘟?，但其預(yù)測(cè)方法很困難。此外，為了發(fā)揮形狀記憶的效果，加熱方法的研究也很有必要。