بررسي تجربي رفتار مكانيكي كامپوزيت هاي اپوكسي- الياف كربن حاوي مواد خودترميم انيدريدي تحت بارگذاري كششي

An experimental investigation on the tensile behavior of epoxy/carbon fibers composites containing anhydride self-healing material

ميكروترك هاي عمقي از آسيب هاي عمده در كامپوزيت ها هستند كه در صورت مشاهده آنها بايد سازه را جايگزين نمود. به منظور رفع اين عيوب از پديده خودترميمي كه از سيستم هاي بيولوژيكي همانند شبكه آوندي در گياهان يا شبكه مويرگي در جانوران الهام گرفته شده، مي توان استفاده كرد. در اين پژوهش با بهره گيري از سيستم خودترميمي يك بعدي، به ترميم ميكروترك ها و آسيب هاي ايجاد شده در يك سازه كامپوزيتي پرداخته شد. بدين منظور از چند سري ميكرولوله هاي شيشه اي براي ايجاد مكانيزم ترميم شوندگي استفاده شد. اين ميكرولوله ها با نوعي ماده ترميم كننده شامل رزين به همراه هاردنر انيدريدي پر شدند. با برخورد ترك ها به ميكرولوله ها، لوله ها شكسته شده و ماده خودترميم درون آنها در محل آسيب جريان پيدا كرد و با گذشت زمان باعث حذف آسيب شد. هدف از پژوهش حاضر بررسي كسر حجمي مناسب براي ماده خودترميم و زمان مطلوب براي مشاهده پديده ترميم شوندگي است. بدين منظور ميكرولوله هاي شيشه اي حاوي مواد ترميمي انيدريدي با كسرهاي حجمي 0.75، 1.65 و 2.5 درصد در كامپوزيت هاي اپوكسي–الياف كربن تعبيه شدند. خواص كششي نمونه ها با گذشت زمان هاي مختلف پس از ايجاد آسيب بررسي شد. بيشترين مقدار بازيابي استحكام كششي به ميزان 89 درصد براي نمونه حاوي 1.65 درصد حجمي ماده ترميمي مشاهده شد. همچنين بررسي هاي مربوط به كرنش نشان داد كه حضور ميكرولوله ها باعث كاهش كرنش شكست در نمونه ها شده كه با افزايش زمان ترميم، كرنش شكست نيز بهبود مي يابد.

Deep micro cracks impart severe damages in composites so that the entire composite structure would have to be replaced. The self-healing phenomenon which is inspired from the biological systems such as vascular networks in plants or capillary networks in animals is an appropriate strategy to control the defects and micro-cracks. In the present research, by taking into account the advantages of one-dimensional self-healing system, an attempt has been made to repair the micro-cracks and damages which were created in composite structures. To do so, a series of micro glass tubes were employed to provide a self-healing system. These micro-tubes were filled with epoxy resin/anhydride hardener as a healing agent. When the structure is subjected to loading conditions, some damages or micro-cracks are created. In this situation, by propagation this micro cracks, the micro glass tubes will rupture and the healing agent will flow into the damaged area, leading to the elimination of the defects over a period of time. The aim of this study is to find out the appropriate self-healing material volume fraction and healing time to obtain an efficient healing. For this purpose, glass micro-tubes containing various healing agent loadings of 0.75, 1.65 and 2.5 vol.% were incorporated in epoxy-carbon fibers composites and the tensile behavior of the specimens were assessed during different time spans from defect creation. The highest tensile strength recovery of 89% was observed for the specimen with 1.65 vol.% healing agent. Also, the results show presence of micro tube decreased the fracture strain and over the time span fracture strain recovered.