بررسي رفتار مكانيكي كامپوزيت هاي اليافي خود ترميم شونده مبتني بر شبكه ميكرو آوندي تحت بارگذاري عرضي

Micro-vascular channel based self-healing fibrous composites under transverse loading

وقوع آسيب امري اجتناب‌ناپذير در كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري تقويت شده با الياف مي‌باشد. وجود سيستم‌هاي خود ترميم‌ شونده از طريق اجراي مستقل عمل ترميم موجب افزايش طول عمر كاري قطعه و همچنين كاهش زمان عمل ترميم آن‌ها مي‌شود. در تحقيق حاضر، كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري خودترميم-شونده اپوكسي- الياف شيشه از نوع E مبتني بر شبكه ميكروآوندي طراحي و در ادامه ساخته شدند. ساخت نمونه‌ها با استفاده از روش لايه‌گذاري دستي و ساخت كانال‌هاي ميكروآوندي از طريق روش حذف پيش ‌شكل‌هاي جامد صورت گرفت. به علت عدم وجود پژوهش‌هاي لازم در استفاده از سيستم رزين و هاردنر انيدريدي كه سياليت بالاتري نسبت به رزين و هاردنر آميني دارند و همچنين امتزاج‌پذيري قابل كنترل آن‌ها، در اين تحقيق از مواد مذكور به عنوان عامل ترميم‌كننده استفاده‌ شد. هدف از پژوهش حاضر بررسي كسر حجمي مناسب و زمان مطلوب براي مشاهده پديده ترميم‌شوندگي است. بدين منظور شبكه ميكروآوندي (شامل رزين اپوكسي و هارد‌‌‌نر انيدريدي با مقادير حجمي 2، 3.2 و 3.7 درصد) در كامپوزيت‌هاي اليافي تعبيه شدند. خواص خمشي نمونه‌ها با گذشت زمان‌هاي مختلف (صفر، 4، 8 و 11 روز) پس از ايجاد آسيب اوليه به وسيله آزمون ضربه، مورد بررسي قرار گرفتند. پس از شكست و ايجاد عيب در ساختار، مواد ترميمي موجود در ميكروكانال‌ها به محل ترك جريان يافته و پس از تركيب با كاتاليزور مذكور عمليات پليمريزاسيون موضعي و ترميم مجدد سازه شروع مي‌شود. بيشترين مقدار بازيابي استحكام خمشي به ميزان 46 درصد براي نمونه حاوي 3.2 درصد حجمي ماده ترميمي با گذشت 8 روز پس از ايجاد آسيب مشاهده شد.

The occurrence of damage is considered as an unavoidable fact in fiber reinforced polymers. For this reason, the self-healing systems could extend the service life time of materials by implementing the concept of autonomous or induced repair. Herein, a self-healing E-glass fibers/epoxy composite based on micro-vascular channels has been designed and fabricated. The specimens were fabricated via the hand lay-up route, while the fabrication of micro-vascular channels was conducted through the removing of solid preforms. Due to the lack of previous studies about the utilization of anhydride resin-hardener system with lower viscosity and also their controllable miscibility in comparison to the amine systems, in the present work, these materials were selected as healing agent for repairing the primary defects created in the structure. For this purpose, micro vascular channels containing two various parts of epoxy resin and anhydride hardener (2, 3.2, and 3.7 Vol.% with respect to the matrix part) were incorporated in the structure of composites. The flexural behavior of the specimens was assessed during the different time spans (0, 4, 8 and 11 days) from the primary damage creation. After the defect creation in the structure, the healing agents present in the micro vascular channels flow into the defects and after combining with catalysis dispersed in the matrix, local polymerization process and restoration of properties are started. According to the obtained results in this research, the highest flexural strength recovery of 46% was observed for the specimen with 3.2% healing agent after 8 days.