水下复合材料结构快速修补技术

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随着我国海洋强国建设的推进,特别是我国十四五报告中明确提出围绕海洋工程、海洋资源、海洋环境等领域突破一批关键核心技术,培育壮大海洋工程装备等。海洋工程装备中对轻量化复合材料的需求越来越高,复合材料在海洋工程的应用中,由于使用环境复杂,易出现破损造成装备失效,因此对水下复合材料结构的修补显得尤为重要。目前市面有部分可应用于水下粘结的树脂体系,但现有的水下环氧树脂胶粘剂耐水性差,使用强度低,特别是在含水固化时会造成固化不完全,性能较差。为了改善传统的水下环氧树脂胶粘剂出现的问题,从提高胶层的强度入手,制备了可在水下固化并粘接性能良好的胶粘剂体系,并对其在水下复合材料结构中的修补性能进行了研究。 以环氧树脂为基体材料制备了可在水下进行固化的胶粘剂体系。对水下固化胶粘剂体系的固化行为进行了分析针对制备的水下固化胶粘剂体系,采用纳米SiO2为纳米填料,研究了不同含量对环氧树脂胶粘剂体系的力学性能影响,当纳米SiO2的含量为1%时,纳米SiO2/E51环氧树脂胶粘剂体系力学性能最好,在空气中固化的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、粘接强度分别为65.51MPa、3.98GPa、150.65MP、4.13GPa和10.51MPa;在水中固化的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、粘接强度分别为60.81MPa、3.87GPa、145.35MPa、4.05GPa 和9.06MPa。又以短切碳纤维为增强体,制备了纳米SiO2/SCF/E51环氧树脂胶粘剂,当SCF含量为0.15%时,体系的强度最大,在空气中固化的拉伸强度、拉伸模量、粘接强度分别为72.09 MPa、4.11GPa、11.74MPa;在水中固化的拉伸强度、拉伸模量、粘接强度分别为66.62MPa、3.97GPa、10.73MPa。利用DMA测试了制备的胶粘剂体系热机械性能,制备的胶粘剂体系在水环境中固化,其储能模量随水中固化时间的增加无明显退化 ,具有良好的耐湿性能。采用碳纤维贴片修补对复合材料损伤结构进行修补,补片长度20mm时,综合性能最好,在空气、水、海水中修补率分别达到了未损伤试件的81.02%、74.62%、71.80%。制备的碳纤维复合材料修补用固化胶粘剂具有良好的水下粘接性能,且修复效率较高。