CN106838619A - 一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给装置及工艺，它涉及复合材料损伤自修复技术领域。该系统主要包括阀a、阀b、阀c、阀d、阀e、泵、管网、修复剂储存箱及压力表。泵的出口管道分支为两路，一路通过阀与修复剂储存箱相连，另一路通过阀经压力表与自修复材料中的管网入口相连，同时阀后另有一分支通过阀与修复剂储存箱相连，管网出口通过阀与泵的入口相连，同时在阀后另有一分支通过阀与修复剂储存箱相连。本发明便于修复剂充满管网，且能实现管网中修复剂的更新，效率高，节省能耗，操作简便。

Description

一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给装置及工艺
技术领域
本发明涉及一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给装置及工艺，属于复合材料损伤自修复技术领域。
背景技术
由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、耐化学腐蚀等特点，已广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑等领域，在近几年更是得到了飞速发展。而复合材料在应用中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，并由此引发宏观裂缝而发生断裂，影响材料正常使用和缩短使用寿命。材料的修复，特别是自修复是一个非常重要的问题。
传统的自修复材料为胶囊型自修复材料，在复合材料中预先埋入内含修补剂的微型胶囊颗粒，当复合材料产生裂纹时，裂纹处的微胶囊破裂，释放出修补剂，将断裂面粘结在一起，阻止裂纹扩展，实现材料的自修复功能。但这种方法存在修补剂无法多次修复等缺点。另一种自修复方法为在复合材料中预先埋入微型管网，通过外界设备向管网中通入修复剂，在实现材料自修复功能的同时，也可随时对修复剂更新，从而避免微胶囊的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给装置及工艺，采用一套装置可以进行修复剂吸入、修复剂更新、正常使用三种工作状态，同时设定装置中液压泵和阀的工艺参数，可以使修复剂循环使用，有提高效率，节省能耗，操作简便的优点。
一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给装置，包括：阀a、阀b、阀c、阀d、阀e、泵、管网、修复剂储存箱、压力表；泵的出口管道分支为两路，一路通过阀与修复剂储存箱相连，另一路通过阀经压力表与管网入口相连，同时阀另有一分支通过阀与修复剂储存箱相连，管网出口通过阀与泵的入口相连，同时阀另有一分支通过阀与修复剂储存箱相连。
其中，阀a、阀b、阀c、阀d、阀e为截止型节流阀。
其中，装置中泵、阀a、阀b、阀c、阀d的工艺参数为：
管网入口处工作压力为P 0，单位为Pa；许用流量为q，单位为；修复剂粘度为u，单位为cP；整个装置管路总长度为L，单位为m；为方便设计，管路直径均取为d，单位为mm；
则修复剂在管路中流动速度为:
管路内修复剂流动的雷诺数为：
修复剂在管路内流动的摩擦系数为：
修复剂在管路内流动产生的总压降为：
因此，泵的出口压力应大于管网所需压力与沿程损失之和，即：
则应选择额定压力大于P的泵，且泵的适用粘度应大于修复剂粘度；
阀a、阀b、阀c、阀d的工作压力上限P max应大于所选泵的额定压力P m，即：
P max>P m
阀a、阀b、阀c、阀d的流量应大于泵的流量Q，泵的排量为V，转速为N，即：
Q m>Q=V×N
一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给工艺，分为三种工作状态：
（一）修复剂吸入状态：初次使用时，由于管网中此时尚未充满修复剂，为避免修复剂充满管网过程中混入大量气泡，应首先将修复剂缓慢吸入管网，因此，利用泵的吸力在管网中产生负压，将修复剂吸入并平稳的充满整个管网，此时，关闭阀a、阀c，修复剂流动方向为修复剂储存箱→阀b→管网→阀d→泵→阀e→修复剂储存箱，通过调整阀b可调节修复剂的流量，修复剂充满管网后,打开阀c、阀a，提升管网内修复剂的压力，调节阀a，利用阀a的节流作用控制流量，当压力表显示压力已达管网的正常工作压力P 0 后，关闭阀a、阀b、阀d，将修复剂封闭在管网中；
（二）修复剂更新状态：当需要更新管网中的修复剂时，应使用大于管网正常工作压力P 0 的压力将修复剂压入管网中，将管网中原有的修复剂压出管网，此时，打开阀a、阀e、阀c、阀d，关闭阀b，打开泵，将修复剂压入管网，修复剂流动方向为修复剂储存箱→阀c→泵→阀a→压力表→管网→阀d，阀d出口的管路与阀c出口的管路通过三通相连，共同连接到泵的入口，使管网中流出的修复剂可以继续参与循环，节省修复剂的消耗，泵出口的管路分为两分支，一支经过阀a、压力表与管网相连，另一支经过阀e与修复剂储存箱相连，这一支管路此时起分流作用，通过调节阀a及阀e，可以改变流经管网的流量，避免管网因压力过大而损坏；
（三）正常使用状态：修复剂充满管网后，应在管网中维持管网的正常工作压力P 0 ，当材料破损，管网破裂时，可以顺利流出，填补裂纹，修复材料，此时，应调节阀，利用阀的节流作用，控制管网中修复剂的压力，当压力表显示修复剂压力已经达到管网的正常工作压力P 0 时，应先关闭阀a、阀b、阀d，再关闭泵，最后关闭阀c、阀e，先关闭阀a、阀b、阀d可将修复剂封闭在管网中，并维持一定的压力，此时修复剂依然可以沿修复剂储存箱→阀c→泵→阀e→修复剂储存箱循环；再关闭泵，停止循环；最后关闭阀c、阀e，从而防止阀a、阀都关闭后泵依然运行导致泵的损坏。
本发明有益效果为：设计了一套特定的管路装置，可以进行修复剂吸入、修复剂更新、正常使用三种工作状态，同时设定装置中液压泵和阀的工艺参数，可以使修复剂循环使用，有提高效率，节省能耗，操作简便的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记：
a1、阀b2、阀c3、阀d4、阀e5、泵6、管网7、修复剂储存箱8、压力表9。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
实施例1：
一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给装置，包括：阀a1、阀b2、阀c3、阀d4、阀e5、泵6、管网7、修复剂储存箱8、压力表9；泵6的出口管道分支为两路，一路通过阀5与修复剂储存箱8相连，另一路通过阀1经压力表9与管网7入口相连，同时阀1另有一分支通过阀2与修复剂储存箱8相连，管网7出口通过阀4与泵6的入口相连，同时阀4另有一分支通过阀3与修复剂储存箱8相连。
其中，阀a1、阀b2、阀c3、阀d4、阀e5为截止型节流阀。
其中，装置中泵6、阀a1、阀b2、阀c3、阀d4的工艺参数为：
管网7入口处工作压力为P 0 =1.5MPa、流量为q=6×10-5m3、所用修复剂粘度为u =20cp，密度，整个装置管路总长度为L=5m，管路直径均取为d=5mm，则修复剂在管路中流动速度为:
管路内修复剂流动的雷诺数为：
修复剂在管路内流动的摩擦系数为：
修复剂在管路内流动产生的总压降为：
因此，泵6的出口压力应大于管网所需压力与沿程损失之和，即：
因此，则应选择额定压力P m 大于P的泵6，且泵6的适用粘度应大于修复剂粘度；
选用YB1-2.5型叶片泵，参数如下：
阀a1、阀b2、阀c3、阀d4的工作压力上限P max应大于所选泵的额定压力，即：
P max>P m
阀a1、阀b2、阀c3、阀d4的流量应大于泵6的流量Q，泵6的排量为V，转速为N，即：
Q m>Q=V×N
根据所选泵的参数，阀1、阀2、阀3、阀4、阀5选用DV-6型节流截止阀，参数如下：
根据所选泵的参数，压力表9选用YTP-60BF型隔膜压力表，量程0~2.5MPa。
一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给工艺，分为三种工作状态：
（一）修复剂吸入状态：初次使用时，由于管网7中此时尚未充满修复剂，为避免修复剂充满管网过程中混入大量气泡，应首先将修复剂缓慢吸入管网7，因此，利用泵6的吸力在管网7中产生负压，将修复剂吸入并平稳的充满整个管网7，此时，关闭阀a1、阀c3，修复剂流动方向为修复剂储存箱8→阀b2→管网7→阀d4→泵6→阀e5→修复剂储存箱8，通过调整阀b2可调节修复剂的流量，修复剂充满管网7后,打开阀c3、阀a1，提升管网7内修复剂的压力，调节阀a1，利用阀a1的节流作用控制流量，当压力表9显示压力已达管网的正常工作压力P 0 后，关闭阀a1、阀b2、阀d4，将修复剂封闭在管网7中；
（二）修复剂更新状态：当需要更新管网7中的修复剂时，应使用大于管网正常工作压力P 0 的压力将修复剂压入管网7中，将管网7中原有的修复剂压出管网7，此时，打开阀a1、阀e5、阀c3、阀d4，关闭阀b2，打开泵6，将修复剂压入管网7，修复剂流动方向为修复剂储存箱8→阀c3→泵6→阀a1→压力表9→管网7→阀d4，阀d4出口的管路与阀c3出口的管路通过三通相连，共同连接到泵6的入口，使管网7中流出的修复剂可以继续参与循环，节省修复剂的消耗，泵6出口的管路分为两分支，一支经过阀a1、压力表9与管网7相连，另一支经过阀e5与修复剂储存箱8相连，这一支管路此时起分流作用，通过调节阀a1及阀e5，可以改变流经管网7的流量，避免管网7因压力过大而损坏；
（三）正常使用状态：修复剂充满管网7后，应在管网7中维持管网的正常工作压力P 0 ，当材料破损，管网7破裂时，可以顺利流出，填补裂纹，修复材料，此时，应调节阀4，利用阀4的节流作用，控制管网7中修复剂的压力，当压力表9显示修复剂压力已经达到管网的正常工作压力P 0 时，应先关闭阀a1、阀b2、阀d4，再关闭泵6，最后关闭阀c3、阀e5，先关闭阀a1、阀b2、阀d4可将修复剂封闭在管网7中，并维持一定的压力，此时修复剂依然可以沿修复剂储存箱8→阀c3→泵6→阀e5→修复剂储存箱8循环；再关闭泵6，停止循环；最后关闭阀c3、阀e5，从而防止阀a1、阀5都关闭后泵6依然运行导致泵6的损坏。

Claims (7)

1.一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给装置，其特征为：包括：阀a（1）、阀b（2）、阀c（3）、阀d（4）、阀e（5）、泵（6）、管网（7）、修复剂储存箱（8）、压力表（9）；泵（6）的出口管道分支为两路，一路通过阀（5）与修复剂储存箱（8）相连，另一路通过阀（1）经压力表（9）与管网（7）入口相连，同时阀（1）另有一分支通过阀（2）与修复剂储存箱（8）相连，管网（7）出口通过阀（4）与泵（6）的入口相连，同时阀（4）另有一分支通过阀（3）与修复剂储存箱（8）相连。
2.如权利要求1所述的一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给装置，其特征为：其中，阀a（1）、阀b（2）、阀c（3）、阀d（4）、阀e（5）为截止型节流阀。
3.如权利要求1所述的一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给装置，其特征为：其中，装置中泵（6）、阀a（1）、阀b（2）、阀c（3）、阀d（4）的工艺参数为：
管网（7）入口处工作压力为P 0 ，单位为Pa；许用流量为q，单位为；修复剂粘度为u，单位为cP；整个装置管路总长度为L，单位为m；为方便设计，管路直径均取为d，单位为mm；
则修复剂在管路中流动速度为:
管路内修复剂流动的雷诺数为：
修复剂在管路内流动的摩擦系数为：
修复剂在管路内流动产生的总压降为：
因此，泵（6）的出口压力应大于管网（7）所需压力与沿程损失之和，即：
则应选择额定压力P m 大于P的泵（6），且泵（6）的适用粘度应大于修复剂粘度；
阀a（1）、阀b（2）、阀c（3）、阀d（4）的工作压力上限P max应大于所选泵的额定压力P m，即：
P max>P m
阀a（1）、阀b（2）、阀c（3）、阀d（4）的流量Q m应大于泵（6）的流量Q，泵（6）的排量为V，转速为N，即：
Q m>Q=V×N。
4.一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给工艺，其特征为：分为三种工作状态：（一）修复剂吸入状态；（二）修复剂更新状态；（三）正常使用状态。
5.如权利要求4所述的一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给工艺，其特征为：
（一）修复剂吸入状态：初次使用时，由于管网（7）中此时尚未充满修复剂，为避免修复剂充满管网过程中混入大量气泡，应首先将修复剂缓慢吸入管网（7），因此，利用泵（6）的吸力在管网（7）中产生负压，将修复剂吸入并平稳的充满整个管网（7），此时，关闭阀a（1）、阀c（3），修复剂流动方向为修复剂储存箱（8）→阀b（2）→管网（7）→阀d（4）→泵（6）→阀e（5）→修复剂储存箱（8），通过调整阀b（2）可调节修复剂的流量，修复剂充满管网（7）后,打开阀c（3）、阀a（1），提升管网（7）内修复剂的压力，调节阀a（1），利用阀a（1）的节流作用控制流量，当压力表（9）显示压力已达管网的正常工作压力P 0 后，关闭阀a（1）、阀b（2）、阀d（4），将修复剂封闭在管网（7）中。
6.如权利要求4所述的一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给工艺，其特征为：
（二）修复剂更新状态：当需要更新管网（7）中的修复剂时，应使用大于管网正常工作压力P 0 的压力将修复剂压入管网（7）中，将管网（7）中原有的修复剂压出管网（7），此时，打开阀a（1）、阀e（5）、阀c（3）、阀d（4），关闭阀b（2），打开泵（6），将修复剂压入管网（7），修复剂流动方向为修复剂储存箱（8）→阀c（3）→泵（6）→阀a（1）→压力表（9）→管网（7）→阀d（4），阀d（4）出口的管路与阀c（3）出口的管路通过三通相连，共同连接到泵（6）的入口，使管网（7）中流出的修复剂可以继续参与循环，节省修复剂的消耗，泵（6）出口的管路分为两分支，一支经过阀a（1）、压力表（9）与管网（7）相连，另一支经过阀e（5）与修复剂储存箱（8）相连，这一支管路此时起分流作用，通过调节阀a（1）及阀e（5），可以改变流经管网（7）的流量，避免管网（7）因压力过大而损坏。
7.如权利要求4所述的一种用于损伤自修复复合材料的修复剂循环补给工艺，其特征为：
（三）正常使用状态：修复剂充满管网（7）后，应在管网（7）中维持管网的正常工作压力P 0 ，当材料破损，管网（7）破裂时，可以顺利流出，填补裂纹，修复材料，此时，应调节阀（4），利用阀（4）的节流作用，控制管网（7）中修复剂的压力，当压力表（9）显示修复剂压力已达到管网的正常工作压力P 0 时，应先关闭阀a（1）、阀b（2）、阀d（4），再关闭泵（6），最后关闭阀c（3）、阀e（5），先关闭阀a（1）、阀b（2）、阀d（4）可将修复剂封闭在管网（7）中，并维持一定的压力，此时修复剂依然可以沿修复剂储存箱（8）→阀c（3）→泵（6）→阀e（5）→修复剂储存箱（8）循环；再关闭泵（6），停止循环；最后关闭阀c（3）、阀e（5），从而防止阀a（1）、阀e（5）都关闭后泵（6）依然运行导致泵（6）的损坏。
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