CN209999715U - 一种脆性材料缺口裂纹的修复结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种脆性材料缺口裂纹的修复结构，包括带有缺口裂纹的脆性材料基体，所述基体两侧的缺口裂纹处分别由内向外依次设有底胶层、面胶层、碳纤维布补片和第二面胶层，所述碳纤维布补片的长宽分别大于缺口裂纹的长宽，底胶层、面胶层和第二面胶层的面积不小于碳纤维布补片的面积，底胶层才涂刷的时候会浸润到基体的裂纹中，固化后再涂刷面胶，然后粘接碳纤维布补片，固化后再在碳纤维布补片上涂刷面胶固化后成为第二面胶层，一般情况下在第二面胶层经热压固化后会将整体放置于干燥通风处静置12小时增强胶剂的粘合效果，通过胶层和碳纤维布补片的粘贴，能够很好的抑制裂纹的迅速扩展，恢复材料的承载能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及随性材料技术领域，具体的说，是一种脆性材料缺口裂纹的修复结构。
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。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种脆性材料缺口裂纹的修复结构，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。
本实用新型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结构，包括带有缺口裂纹的脆性材料基体，其特征在于：所述基体两侧的缺口裂纹处分别由内向外依次设有底胶层、面胶层、碳纤维布补片和第二面胶层，所述碳纤维布补片的长宽分别大于缺口裂纹的长宽，底胶层、面胶层和第二面胶层的面积不小于碳纤维布补片的面积，底胶层才涂刷的时候会浸润到基体的裂纹中，固化后再涂刷面胶，然后粘接碳纤维布补片，固化后再在碳纤维布补片上涂刷面胶固化后成为第二面胶层，一般情况下在第二面胶层经热压固化后会将整体放置于干燥通风处静置12小时增强胶剂的粘合效果，通过胶层和碳纤维布补片的粘贴，能够很好的抑制裂纹的迅速扩展，恢复材料的承载能力。
优选地，所述底胶层、面胶层和第二面胶层通过热压机逐层固化，液态的胶水在涂刷的时候会顺着基体的裂纹浸润到裂纹中，再通过热压机的固化能够起到更好的粘接效果。
优选地，所述热压机的温度不超过60℃，压强不超过30Mpa，温度和压强可根据被修复材料的力热性能进行调整。
优选地，所述底胶层、面胶层和第二面胶层在固化的时表面覆盖有PTFE板，并在进入热压机前去除气泡，PTFE板不会在固化过程中与胶层粘接，同时能让胶层在热压机内的固化过程中受力更均匀，排出气泡也能让胶剂有更好的粘接效果。
优选地，所述PTFE板的厚度大于2mm，长宽不小于所述碳纤维布补片的长宽，保证PTFE板能够完全覆盖碳纤维布补片，热压的时候使其受力均匀粘接效果更好。
优选地，所述底胶包括底胶树脂和固化剂，底胶树脂满足正拉粘结强度≥2.5Mpa。
优选地，所述面胶包括面胶树脂和固化剂，面胶树脂满足正拉粘接强度≥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，所述碳纤维布补片满足抗拉强度≥2000MPa、弹性模量≥150GPa，伸长率≥1％。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本实用新型在缺口裂纹处涂刷底胶，固化后再涂刷面胶，然后粘接碳纤维布补片，固化后再在碳纤维布补片上涂刷一层面胶固化后成为第二面胶层。由于胶层和碳纤维布补片的共担载荷作用，能够很好的抑制裂纹的迅速扩展，恢复材料的承载能力。
(2)本实用新型底胶层、面胶层和第二面胶层通过热压机逐层固化，液态的胶水在涂刷的时候会顺着基体的裂纹浸润到裂纹中，再通过热压机的固化能够起到更好的粘接效果。
(3)本实用新型底胶层、面胶层和第二面胶层在固化的时表面覆盖有PTFE板，并在进入热压机前去除气泡，PTFE板不会在固化过程中与胶层粘接，同时能让胶层在热压机内的固化过程中受力更均匀，排出气泡也能让胶剂有更好的粘接效果。
附图说明
图1为本实用新型的基体修复后的侧视结构示意图；
图2为本实用新型的基体修复后的正视结构示意图；
图3为本实用新型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；
附图中标记：1-基体；2-面胶层；3-底胶层；4-碳纤维布补片；5-第二面胶层。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1：
结合附图1和2所示，一种脆性材料缺口裂纹的修复结构，包括带有缺口裂纹的脆性材料基体1，如图3所示，所述基体1两侧的裂纹处分别由内向外依次设有底胶层3、面胶层2、碳纤维布补片4和第二面胶层5，所述碳纤维布补片4的长宽分别大于缺口裂纹的长宽，底胶层3、面胶层2和第二面胶层5的面积不小于碳纤维布补片4的面积，底胶层3才涂刷的时候会浸润到基体1的裂纹中，固化后再涂刷面胶，然后粘接碳纤维布补片4，固化后再在碳纤维布补片4上涂刷面胶固化后成为第二面胶层5，一般情况下在第二胶层5经热压固化后会将整体放置于干燥通风处静置12小时增强胶剂的粘合效果，通过胶层和碳纤维布补片4的粘贴，能够很好的抑制裂纹的迅速扩展，恢复材料的承载能力。底胶层3、面胶层2和第二面胶层5为液态，通过热压机逐层固化，液态的胶水在涂刷的时候会顺着基体1的裂纹浸润到裂纹中，再通过热压机的固化能够起到更好的粘接效果。
基于上述结构，修复过程为：
首先将材料表面用无水乙醇轻轻擦拭，去除表面污垢及粉尘，然后从碳纤维布卷材上裁取2块完全相同的方形补片，基体尺寸为9×18×80mm，缺口、裂纹长度为4mm和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。
接着，按比例1：1将底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。用滚刷将调配好的底胶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。在涂刷好底胶的材料表面覆盖聚四氟乙烯(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，通过加压使底胶与材料完全粘合，同时通过加热使底胶迅速固化。
再来，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均匀涂抹于材料缺口裂纹部位，使之完全覆盖底胶。粘贴碳纤维补片，同时用滚刷沿同一方向反复滚压。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完全固化。
用滚刷在贴好补片的表面沿同一方向均匀涂刷面胶，使其完全覆盖补片。随后在材料表面覆盖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热压使面胶完全固化，然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，同时保证补片可将裂纹完全覆盖，底胶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
在实施例1的基础上，修复方式不变，采用碳纤维布补片抗拉强度为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。
尽管这里参照本实用新型的解释性实施例对本实用新型进行了描述，上述实施例仅为本实用新型较佳的实施方式，本实用新型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 (8)
1.一种脆性材料缺口裂纹的修复结构，包括带有缺口裂纹的脆性材料基体，其特征在于：所述基体两侧的缺口裂纹处分别由内向外依次设有底胶层、面胶层、碳纤维布补片和第二面胶层，所述碳纤维布补片的长宽分别大于缺口裂纹的长宽，底胶层、面胶层和第二面胶层的面积不小于碳纤维布补片的面积。
2.根据权利要求1所述的脆性材料缺口裂纹的修复结构，其特征在于：所述底胶层、面胶层和第二面胶层通过热压机逐层固化。
3.根据权利要求2所述的脆性材料缺口裂纹的修复结构，其特征在于：所述热压机的温度不超过60℃，压强不超过30Mpa。
4.根据权利要求2所述的脆性材料缺口裂纹的修复结构，其特征在于：所述底胶层、面胶层和第二面胶层在固化的时表面覆盖有PTFE板，并在进入热压机前去除气泡。
5.根据权利要求4所述的脆性材料缺口裂纹的修复结构，其特征在于：所述PTFE板的厚度大于2mm，长宽不小于所述碳纤维布补片的长宽。
6.根据权利要求1所述的脆性材料缺口裂纹的修复结构，其特征在于：所述底胶包括底胶树脂和固化剂，底胶树脂满足正拉粘结强度≥2.5Mpa。
7.根据权利要求1所述的脆性材料缺口裂纹的修复结构，其特征在于：所述面胶包括面胶树脂和固化剂，面胶树脂满足正拉粘接强度≥2.5MPa，抗拉强度≥30MPa，抗压强度≥70MPa，剪切强度≥10MPa，抗弯强度≥40MPa。
8.根据权利要求1所述的脆性材料缺口裂纹的修复结构，其特征在于：所述碳纤维布补片满足抗拉强度≥2000MPa、弹性模量≥150GPa，伸长率≥1％。
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| CN112014473A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-12-01 | 国营芜湖机械厂 | 一种解决飞机复杂金属型面结构裂纹的湿法胶接修理方法 |
| CN112249896A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-22 | 南京工业大学 | 一种碳纤维布加固修复起重机械受损钢管结构的方法 |
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