纤维增强塑料(或复合材料)由于具有高的特异性刚度和强度而广泛用于许多高级工程结构中。复合材料的主要缺点是它们对内部伤害特征的敏感性。特别是对于层压板,一个小的冲击事件通常会导致几乎看不见的冲击损害(BVID),这可能会影响复合材料的结构完整性。在过去的几十年中,已经开发了和提出了几种非破坏性测试(NDT)方法,以便以有效的方式检测和评估BVID。在这项研究中,对复合材料中的几种最先进的NDT方法进行了比较实验分析(有关几个示例,请参见图1)。在此贡献中研究了以下方法:•使用传输和反射(动态时门控)信号进行超声C扫描•使用平面外和平面外两极化振动同时使用局部缺陷振动LDR•低功率振动振动感电振动vt使用单声音振动以及宽带振动,以及宽带振动,以及宽带振动,以及宽带振动,以及宽带技术(care),以及宽带技术(car)。至ASTM D7136)通过低速度下降重量为6.3 J,导致BVID。对复合材料中对NDT技术的机会和(当前的)局限性进行了批判性研究。这涉及对缺陷可检测性,缺陷大小和缺陷深度估计的评估。
飞机结构受到撞击是常见现象;鸟类、异物碎片或餐饮卡车对复合材料飞机结构的意外撞击可能会导致表面凹痕以及相关的表面下分层。如果严重程度足够,分层会降低复合材料的抗压强度,使其低于原始设计的极限强度。如果无法通过目视检查发现大于几乎不可见的撞击损伤 (BVID) 值的表面凹痕,则可能导致飞机在飞行时无法检测到分层,强度也低于原始值。飞机结构必须承受服务载荷,同时包含太小而无法在检查期间检测到的损伤。为了支持复合材料飞机损伤容限检查计划,必须了解凹痕大小和形状对检测概率的影响。这些信息类似于金属飞机结构中表面断裂裂纹的检测概率 (POD) 的成熟测量。
本文介绍了一种经济有效的方法来改善碳纤维增强聚合物 (CFRP) 预浸料复合材料的物理和机械性能,其中合成电纺多壁碳纳米管 (MWCNT)/环氧纳米纤维并将其加入到传统 CFRP 预浸料复合材料的层之间。通过优化的电纺丝工艺成功生产出 MWCNT 取向环氧纳米纤维。纳米纤维直接沉积在预浸料层上以实现改善的粘附性和界面结合,从而增加强度并改善其他机械性能。因此,高应力状态下的层间剪切强度 (ILSS) 和疲劳性能分别提高了 29% 和 27%。几乎看不见的冲击损伤 (BVID) 能量显著增加,最高可达 45%。由于 CFRP 层之间存在高导电性的 MWCNT 网络,热导率和电导率也显著提高。所提出的方法能够在预浸料的层间界面处均匀沉积高含量的 MWCNT,以增强/提高 CFRP 性能,这在以前是无法实现的,因为环氧体系中随机取向的 MWCNT 会导致树脂粘度高。
一种具有成本效益的方法,可以改善碳纤维增强聚合物(CFRP)预报复合材料的物理和机械性能,在该复合材料中,在传统的CFRP Prepreg复合材料的层次之间合成了电纺多多壁碳纳米管(MWCNT)/环氧纳米纤维。通过优化的静电纺丝过程成功产生了与MWCNT一致的环氧纳米纤维。纳米纤维直接沉积到预处理层上,以改善粘附和界面粘结,从而增加强度和其他机械性能的改善。因此,高压力性方案的层间剪切强度(ILSS)和疲劳性能分别增加了29%和27%。几乎看不见的撞击损伤(BVID)能量显着增加了45%。由于CFRP层之间高度导电MWCNT网络的存在,热电导率也得到了显着增强。所提出的方法能够在预处理的间层间界面上均匀地沉积MWCNT,以增强/增强CFRP性质,以前尚未证明,由于在环氧系统中由随机定向的MWCNT引起的高树脂粘度。
纤维增强聚合物 (FRP) 复合材料层压板具有优异的强度、刚度和设计灵活性,被广泛应用于航空航天和工程领域。然而,FRP 层压板易受低速冲击损伤 [1]。冲击事件通常会造成内部损伤,而外部损伤迹象却很小,这也称为几乎看不见的冲击损伤 (BVID)。这种隐藏损伤对层压板性能的影响可能非常显著,特别是在压缩状态下,强度可能降低高达 50% [2]。因此,有必要定期进行无损检测或实施结构健康监测 (SHM) 系统来检测损伤的存在并防止结构发生灾难性故障 [3]。因此,在设计中纳入了大量安全因素以确保其安全性和可靠性,从而使复合材料结构重量更重、截面更厚。传统上,一旦在复合材料结构中检测到损伤,就会设计并进行临时或结构修复。这些问题的另一种解决方案是应用自修复 FRP 复合材料。自修复可以减轻撞击事件造成的损害,从而有机会改善 FRP 的设计容许值或提供其他好处,如减少维护和检查时间[4]。20 世纪 80 年代初,Wool 和 O'Conner 在裂纹修复的背景下探索了聚合物中修复材料的概念[5]。这项初步工作重点是了解如何使用溶剂焊接方法修复或修复裂纹。在这项研究中,Wool 和 O'Conner