CN110103491B - 一种脆性材料缺口裂纹的修复方法 - Google Patents

一种脆性材料缺口裂纹的修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脆性材料缺口裂纹的修复方法，包括步骤1：将材料表面用无水乙醇轻轻擦拭，去除表面污垢及粉尘；步骤2：取两块完全相同的矩形碳纤维布补片，要求碳纤维布补片的宽度大于缺口裂纹的长度；步骤3：在基体上的裂纹处以及裂纹周边涂刷底胶，涂刷面积不小于步骤2所取得的碳纤维布补片的面积；步骤4：在步骤3中涂刷底胶的部位覆盖聚四氟乙烯板，并通过热压机使底胶与材料粘合，同时使底胶迅速固化；步骤5：在步骤4的基础上涂刷面胶将底胶完全覆盖，然后粘贴碳纤维布补片并在补片上再次涂刷面胶，覆盖PTFE板，用光滑滚子沿同一方向反复滚压去除气泡后置于热压机热压；步骤6：步骤5热压完成后，在干燥通风处静置12小时。

Description

一种脆性材料缺口裂纹的修复方法
技术领域
本发明涉及脆性材料技术领域，具体的说，是一种脆性材料缺口裂纹的修复方法。
背景技术
对于脆性材料而言，缺口引起的结构不连续性是导致其力学性能退化的重要因素。在外加载荷作用下，缺口附近将出现应力集中效应，进而引发裂纹的萌生。由于材料本身的脆性特征，裂纹萌生后将迅速扩展，使材料在低载荷下发生失效，从而严重影响材料的功能完整性，缩短其使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脆性材料缺口裂纹的修复方法，用于解决现有技术中由于材料本身的脆性特征，裂纹萌生后将迅速扩展，使材料在低载荷下发生失效，从而严重影响材料的功能完整性，缩短其使用寿命的问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题：
一种脆性材料缺口裂纹的修复方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将材料表面用无水乙醇轻轻擦拭，去除表面污垢及粉尘；
步骤2：取两块完全相同的矩形碳纤维布补片，要求碳纤维布补片的长宽分别大于缺口裂纹的长宽；
步骤3：在基体两侧的裂纹处以及裂纹周边涂刷底胶，涂刷面积不小于步骤2所取得的碳纤维布补片的面积；
步骤4：在步骤3中涂刷底胶的部位覆盖PTFE板，并通过热压机使底胶与材料粘合，同时使底胶迅速固化；
步骤5：在步骤4的基础上涂刷面胶将底胶完全覆盖，然后将两块粘贴碳纤维布补片分别粘贴在基体两侧涂刷面胶的部位，使其完全覆盖缺口裂纹，并在补片上再次涂刷面胶，覆盖PTFE板，用光滑滚子沿同一方向反复滚压去除气泡后置于热压机热压；
步骤6：在步骤5热压完成后，将修复后的脆性材料在干燥通风处静置12小时。
首先将基体表面擦拭干净，涂刷底胶并使用热压机将其固化，在固化的底胶上涂刷面胶，贴合碳纤维布补片，然后在补片表面再次涂刷面胶并经热压机固化，最后将基体置于干燥通风处静置12小时保证粘合强度，通过胶层和碳纤维布补片的粘贴，能够很好的抑制脆性材料缺口裂纹的迅速扩展，恢复材料的承载能力。
优选地，所述碳纤维布补片抗拉强度≥2000MPa、弹性模量≥150GPa，伸长率≥1％。
优选地，所述步骤4和步骤5中热压机温度不超过60℃，压强30Mpa，温度、压力应根据被修复材料的力热性能进行设置，保证粘贴质量的同时不会对基体材料造成损伤。
优选地，所述面胶树脂应满足正拉粘接强度≥2.5MPa，抗拉强度≥30MPa，抗压强度≥70MPa，剪切强度≥10MPa，抗弯强度≥40MPa。
优选地，所述底胶树脂满足正拉粘结强度≥2.5Mpa。
优选地，所述PTFE板厚度大于2mm。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明通过在脆性材料缺口裂纹部位局部粘贴补片，可有效抑制缺口裂纹的快速扩展，恢复材料的承载能力，该方法修复材料用量少，操作便捷，可达到较为理想的修复效果。
(2)本发明在进入热压机之前在胶层表面覆盖PTFE板，以避免胶剂与热压机粘接，同时能让胶剂在承受热压机压力的时候受力更均匀，粘贴更牢固，承载能力更好。
(3)本发明在粘贴完成后，将修复后的基体放置在干燥通风处静置12小时，增加胶剂的粘合强度。
附图说明
图1为本发明的基体修复后侧视结构示意图；
图2为本发明的基体修复后的正视结构示意图；
图3为本发明的带缺口裂纹的基体正视结构示意图；
图4为实施例1中修复结构与对比例中两种试样的三点弯曲载荷-时间曲线；
图5为实施例2中修复结构与对比例中两种试样的三点弯曲载荷-时间曲线；
附图标记：1-基体；2-面胶；3-底胶；4-碳纤维布补片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
结合附图1-3所示，一种脆性材料缺口裂纹的修复方法，基体1为颗粒复合脆性材料，其凹槽裂纹的修复方法，包括以下步骤：
第一步，表面预处理，将材料表面用无水乙醇轻轻擦拭，去除表面污垢及粉尘。
第二步，补片剪裁，从碳纤维布卷材上裁取2块完全相同的方形补片，补片尺寸取决于待修复材料块体的尺寸(9×18×80mm)以及缺口、裂纹长度(分别为4mm、5mm)。为将裂纹完全覆盖且确保补片能够与材料共担载荷而不发生界面开裂，本实施例中补片尺寸确定为长40mm，宽10mm。
第三步，涂刷底胶3，按比例1：1将底胶3树脂主剂与固化剂置于容器中，搅拌均匀，严格控制使用时间在半小时内。用滚刷将调配好的底胶3均匀涂刷于材料缺口裂纹部位，涂刷区域大小与补片尺寸相同。裂纹处需加大涂刷量以促进沿裂纹面的渗透和粘合。
第四步，底胶固化，在涂刷好底胶3的材料表面覆盖PTFE板，并用滚刷沿同一方向反复滚压去除气泡。最后，将其置于热压机上，通过加压使底胶3与材料完全粘合，同时通过加热使底胶3迅速固化。
第五步，粘贴补片，按比例1：2将面胶树脂主剂与固化剂置于容器中，搅拌均匀，严格控制使用时间在半小时内。用滚刷将调配好的面胶2均匀涂抹于材料缺口裂纹部位，使之完全覆盖底胶3。粘贴碳纤维补片，并在补片表面再次涂刷面胶2。在粘好补片的材料表面覆盖PTFE板，并用光滑滚子沿同一方向反复滚压去除气泡。最后将其置于热压机上热压，使补片牢固粘贴并使面胶2完全固化。
第六步，自然养护，第五步完成后，在干燥通风处静置12h，以保证补片粘贴质量。
本实施例中补片选材为300g/m2高强度碳纤维布，其抗拉强度为3685MPa、弹性模量为246GPa，伸长率为1.76％，补片粘贴方式为双面粘贴，具体为将两片40×10mm的补片对称粘贴在垂直于裂纹面的材料表面两侧，同时保证补片可将缺口及裂纹完全覆盖，底胶3树脂正拉粘结强度为3.86MPa，PTFE板表面平整光滑，厚度为3mm，长宽略大于涂刷底胶3的部位，热压机温度为55℃、压力为15MPa，热压时间20min，面胶树脂正拉粘接强度为4.94MPa，抗拉强度为41.6MPa，抗压强度为72.5MPa，剪切强度为15.4MPa，抗弯强度为54MPa。
将无裂纹的颗粒复合脆性材料凹槽试样作为对比例，利用材料试验机对上述两种脆性材料试样进行三点弯曲测试，试样的载荷-时间曲线如图4所示。
实施例2
一种脆性材料缺口裂纹的修复方法，基体1为颗粒复合脆性材料，其开孔裂纹的修复方法，包括以下步骤：
第一步，表面预处理，将材料表面用无水乙醇轻轻擦拭，去除表面污垢及粉尘。
第二步，补片剪裁，从碳纤维布卷材上裁取2块完全相同的方形补片，补片尺寸取决于待修复样品的尺寸9×18×80mm以及缺口、裂纹长度分别为4mm和6mm。为将裂纹完全覆盖且确保补片能够与材料共担载荷而不发生界面开裂，本实施例中补片尺寸确定为长40mm，宽12mm。
第三步，涂刷底胶3，按比例1：1将底胶3树脂主剂与固化剂置于容器中，搅拌均匀，严格控制使用时间在半小时内。用滚刷将调配好的底胶3均匀涂刷于材料缺口裂纹部位，涂刷区域大小与补片尺寸相同。裂纹处需加大涂刷量以促进沿裂纹面的渗透和粘合。
第四步，底胶固化，在涂刷好底胶3的材料表面覆盖PTFE板，并用滚刷沿同一方向反复滚压去除气泡。最后，将其置于热压机上，通过加压使底胶3与材料完全粘合，同时通过加热使底胶3迅速固化。
第五步，粘贴补片，按比例1：2将面胶树脂主剂与固化剂置于容器中，搅拌均匀，严格控制使用时间在半小时内。用滚刷将调配好的面胶2均匀涂抹于材料缺口裂纹部位，使之完全覆盖底胶3。粘贴碳纤维补片，并在补片表面再次涂刷面胶2。在粘好补片的材料表面覆盖PTFE板，并用光滑滚子沿同一方向反复滚压去除气泡。最后将其置于热压机上热压，使补片牢固粘贴并使面胶2完全固化。
第六步，自然养护，第五步完成后，在干燥通风处静置12h，以保证补片粘贴质量。
本实施例中碳纤维布补片4抗拉强度为3685MPa、弹性模量为246GPa，伸长率为1.76％，补片粘贴方式为双面粘贴，具体为将两片40×12mm的补片对称粘贴在垂直于裂纹面的材料表面两侧，同时保证补片可将缺口和裂纹完全覆盖，底胶3树脂正拉粘结强度为3.86MPa，PTFE板表面平整光滑，厚度为3mm，长宽略大于涂刷底胶3的部位，热压机温度为55℃、压力为15MPa，热压时间20min，面胶树脂正拉粘接强度为4.94MPa，抗拉强度为41.6MPa，抗压强度为72.5MPa，剪切强度为15.4MPa，抗弯强度为54MPa。
将无裂纹的颗粒复合脆性材料开孔试样作为对比例，利用材料试验机对上述两种脆性材料试样进行三点弯曲测试，试样的载荷-时间曲线如图5所示。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (3)

1.一种脆性材料缺口裂纹的修复方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将材料表面用无水乙醇轻轻擦拭，去除表面污垢及粉尘；
步骤2：取两块完全相同的矩形碳纤维布补片，要求碳纤维布补片的长宽分别大于缺口裂纹的长宽；所述碳纤维布补片抗拉强度≥2000MPa，弹性模量≥150GPa，伸长率≥1%；
步骤3：在基体两侧的裂纹处以及裂纹周边涂刷底胶，涂刷面积不小于步骤2所取得的碳纤维布补片的面积；所述底胶按照树脂主剂与固化剂1：1的比例制成，底胶树脂满足正拉粘结强度≥2.5Mpa；
步骤4：在步骤3中涂刷底胶的部位覆盖PTFE板，并通过热压机使底胶与材料粘合，同时使底胶迅速固化；
步骤5：在步骤4的基础上涂刷面胶将底胶完全覆盖，然后将两块碳纤维布补片分别粘贴在基体两侧涂刷面胶的部位，使其完全覆盖缺口裂纹，并在补片上再次涂刷面胶，覆盖PTFE板，用光滑滚子沿同一方向反复滚压去除气泡后置于热压机热压；所述面胶按照树脂主剂与固化剂1:2的比例制成，面胶树脂应满足正拉粘接强度≥2.5MPa，抗拉强度≥30MPa，抗压强度≥70MPa，剪切强度≥10MPa，抗弯强度≥40MPa；
步骤6：在步骤5热压完成后，将修复后的脆性材料在干燥通风处静置12小时。
2.根据权利要求1所述的脆性材料缺口裂纹的修复方法，其特征在于：所述步骤4和步骤5中热压机温度不超过60℃，压强30MPa。
3.根据权利要求1所述的脆性材料缺口裂纹的修复方法，其特征在于：所述PTFE板厚度大于2mm。
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