【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳纤维复合材料领域，具体地说是一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料。
技术介绍
1、随着现代科技的持续进步，其发展的脚步愈发稳健且迅速。在这一进程中，碳纤维复合材料凭借其卓越非凡的力学性能，在众多领域中脱颖而出，展现出了令人瞩目的应用价值；在航空航天领域，碳纤维复合材料被广泛地用于制造飞机的结构部件。其轻盈且坚固的特性，极大地减轻了飞机的整体重量，进而显著提高了飞行效率；这不仅意味着飞机能够更高效地翱翔于蓝天，还为航空公司节省了大量的燃油成本，减少了对环境的污染；在汽车领域，碳纤维复合材料同样大放异彩。它被积极应用于车身和零部件的制造，使得车辆的整体重量大幅降低，从而让汽车变得更加轻盈。这一改变带来的直接好处是燃油经济性的显著提升，减少了能源的消耗，同时也为汽车的操控性和加速性能带来了质的飞跃。
2、然而，在长期的实际应用过程中，传统碳纤维复合材料尽管有着诸多优势，但也逐渐暴露出一系列不容忽视的问题。
3、传统的碳纤维复合材料在结构设计上相对单一，通常由碳纤维和树脂基体简单复合而成，其中最突出的缺点是其损伤的不可逆性，一旦碳纤维复合材料在使用过程中受到外部冲击、疲劳载荷或环境侵蚀等因素的影响而产生损伤，如微裂纹、纤维断裂或分层等，损伤往往难以被察觉和修复，由于缺乏有效的自修复机制，这些微小的损伤会逐渐累积和扩展，从而严重影响材料的整体性能和使用寿命。
4、为此，本领域技术人员提出了一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料来解决
技术介绍
提出的问题。
技术
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，以解决现有技术中碳纤维复合材料损伤的不可逆性，一旦碳纤维复合材料在使用过程中产生损伤，缺乏有效的自修复机制，从而严重影响材料的整体性能和使用寿命等问题。
2、一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，包括复合材料本体，所述复合材料本体包括碳纤维层、形状记忆聚合物基层和分支管路；
3、所述碳纤维层包括第一碳纤维束和第二碳纤维束，所述第一碳纤维束和第二碳纤维束呈经纬线编织组成，且第一碳纤维束和第二碳纤维束交错形成微嵌结构；
4、所述形状记忆聚合物基层设置于两层碳纤维层之间，且形状记忆聚合物基层成型后基体材料嵌入微嵌结构内；
5、所述分支管路包括中枢部和延伸部，所述分支管路呈网状结构设置于复合材料本体内。
6、通过上述技术方案，将形状记忆聚合物基层设置于两层碳纤维层之间，且形状记忆聚合物基层成型后基体材料嵌入微嵌结构内，提高了界面结合力，从而在材料受力时能够更有效地传递应力，增强复合材料的整体强度。
7、优选的，所述分支管路内填充有自修复剂。
8、优选的，所述中枢部呈网状结构设置于第一碳纤维束和第二碳纤维束中轴线的下方。
9、优选的，所述延伸部由中枢部延伸形成，所述中枢部与延伸部之间管径逐级减小，且延伸部位于微嵌结构处。
10、通过上述技术方案，中枢部与延伸部之间管径逐级减小，使得靠近微嵌结构处的管径较小，从而增加自修复剂的局部浓度，提高修复效率；而在损伤可能性较低的区域，管径增大，减少材料内部的应力集中；较小的管径会限制自修复剂的流量，当自修复剂在管道中流动时，由于管径变小，相同体积的自修复剂在通过较小管径区域时，流速会减慢，使得自修复剂在该区域停留的时间相对延长，有助于将自修复剂集中在损伤高发区域附近，减少其向其他非关键区域的扩散，从而增加了局部的浓度。
11、优选的，所述形状记忆聚合物基层采用聚氨酯材质，并且通过热压成型，所述碳纤维层与处于熔融状态的形状记忆聚合物基层在高温高压下进行热压，形状记忆聚合物基层材料流入微嵌结构中形成机械嵌合。
12、优选的，所述形状记忆聚合物基层采用聚酯材质。
13、优选的，所述形状记忆聚合物基层靠近碳纤维层的部分为硬化区，形状记忆聚合物基层中心内部为柔软区。
14、优选的，所述中枢部位于柔软区，所述延伸部位于硬化区。
15、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
16、1、本专利技术通过将形状记忆聚合物基层设置于两层碳纤维层之间，且形状记忆聚合物基层成型后基体材料嵌入微嵌结构内，提高了界面结合力，从而在材料受力时能够更有效地传递应力，增强复合材料的整体强度。
17、2、本专利技术通过将形状记忆聚合物基层分为硬化区和柔软区，靠近碳纤维层的区域硬度和强度较高，逐渐向内部过渡到较柔软和具有更好形状恢复性能的区域，在保证与碳纤维良好结合的同时，提供足够的形状恢复驱动力，形状记忆聚合物基层能够更迅速地产生变形和恢复力，促进自修复过程。
18、3、本专利技术通过设置分支管路，并在分支管路内填充自修复剂，材料在受到损伤后，能够通过形状记忆效应和分支管路形成自修复系统实现自主修复，恢复其力学性能和功能，延长使用寿命；并且材料具有良好的形状记忆特性，能够在特定条件下恢复到原始形状，适应复杂的使用环境和工作要求。
19、4、本专利技术通过将分支管路设计为渐变结构，靠近微嵌结构处的管径较小，以增加自修复剂的局部浓度，提高修复效率；而在损伤可能性较低的区域，管径增大，减少材料内部的应力集中；较小的管径会限制自修复剂的流量，当自修复剂在管道中流动时，由于管径变小，相同体积的自修复剂在通过较小管径区域时，流速会减慢，使得自修复剂在该区域停留的时间相对延长，有助于将自修复剂集中在损伤高发区域附近，减少其向其他非关键区域的扩散，从而增加了局部的浓度。
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1.一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于，包括复合材料本体(1)，所述复合材料本体(1)包括碳纤维层(2)、形状记忆聚合物基层(4)和分支管路(5)；
2.如权利要求1所述一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于：所述分支管路(5)内填充有自修复剂。
3.如权利要求2所述一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于：所述中枢部(501)呈网状结构设置于第一碳纤维束(201)和第二碳纤维束(202)中轴线的下方。
4.如权利要求3所述一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于：所述延伸部(502)由中枢部(501)延伸形成，所述中枢部(501)与延伸部(502)之间管径逐级减小，且延伸部(502)位于微嵌结构(3)处。
5.如权利要求4所述一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于：所述形状记忆聚合物基层(4)采用聚氨酯材质，并且通过热压成型，所述碳纤维层(2)与处于熔融状态的形状记忆聚合物基层(4)在高温高压下进行热压，形状记忆聚合物基层(4)材料流入微嵌结构(3)中形成机械嵌合。>
6.如权利要求5所述一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于：所述形状记忆聚合物基层(4)采用聚酯材质。
7.如权利要求4所述一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于：所述形状记忆聚合物基层(4)靠近碳纤维层(2)的部分为硬化区(401)，形状记忆聚合物基层(4)中心内部为柔软区(402)。
8.如权利要求7所述一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于：所述中枢部(501)位于柔软区(402)，所述延伸部(502)位于硬化区(401)。
...【技术特征摘要】
1.一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于，包括复合材料本体(1)，所述复合材料本体(1)包括碳纤维层(2)、形状记忆聚合物基层(4)和分支管路(5)；
2.如权利要求1所述一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于：所述分支管路(5)内填充有自修复剂。
3.如权利要求2所述一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于：所述中枢部(501)呈网状结构设置于第一碳纤维束(201)和第二碳纤维束(202)中轴线的下方。
4.如权利要求3所述一种基于形状记忆的自修复碳纤维复合材料，其特征在于：所述延伸部(502)由中枢部(501)延伸形成，所述中枢部(501)与延伸部(502)之间管径逐级减小，且延伸部(502)位于微嵌结构(3)处。
5.如权利要求4所述一种基于形状记忆...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡耀芳，任明伟，周玉敬，任张毓，马倩，许芮萧，孙慧丽，焦浩明，
申请(专利权)人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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