一种刚性自修复结构试件

1.本发明属于航空航天领域，具体地涉及一种刚性自修复结构试件。


背景技术：

2.在空间站建设和探月深空探测等探索活动中，航天器面临着复杂的太空环境，太空碎片、微陨石等撞击可能会对航天器造成伤害或破坏。能够在受破坏后进行自修复的材料有潜在的提高航天器的安全性的应用价值，同时这些材料需要被设计为结构才能进行各项实验。自修复材料功能性和空间适应性验证时，需要被制成结构试件以完成地面/空间环境实验，这就需要将具有自修复功能的材料设计制作为结构试件。
3.申请号为cn201810164825.5的申请文件公开了一种自修复材料及其制备方法、修复涂层，由恢复单元、溶胀填充单元以及自主修复补强单元组成，自修复材料在被碰撞时可以迅速修复破损口，防止油罐泄漏，但该申请技术方案中并没有对具体的自修复材料的设置结构进行优化，仅针对自修复材料的组成进行设计，仍使用现有技术中常规的球囊状外壳包裹自修复材料，由于球囊装外壳包裹的结构设计，使得必须通过外壳材料的交联固化将外壳固化在修复材料的外壁以包裹外壳内的修复材料，导致可以作为包裹性外壳的材料必须是可以固化的材料，但此种材料用于包裹修复材料刚度不足导致安全性不足，容易发生破损，且其自主修复补强单元需要单独制作囊芯再将囊芯整体放入外壳中，此种类型的结构设计会增加制作难度。本发明设计了新的自修复结构试件并简述了制作方法，相对于现有技术不仅简化了修复材料的整体结构还同时提高了结构密封强度，同时简化了制作流程。


技术实现要素：

4.为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
5.一种刚性自修复结构试件，所述刚性自修复结构试件为层状结构，其特征在于，所述刚性自修复结构试件从上至下依次包括刚性第一片层以及刚性第二片层，液态修复材料设置在所述刚性第一片层与刚性第二片层之间，所述液态修复材料由刚性第一片层、条状刚性密封材料、刚性第二片层共同密封。
6.进一步的，所述刚性第一片层与刚性第二片层均为片状沙林树脂材料构成，所述刚性第一片层与刚性第二片层均为正方形或圆形片状结构，所述刚性第一片层与刚性第二片层的厚度设置为0.8mm-1.0mm。
7.进一步的，所述液态修复材料为混合液态树脂层，其厚度设置为0.8mm-1.0mm。
8.进一步的，所述条状刚性密封材料通过双组分环氧树脂胶密封粘合在所述刚性第一片层与刚性第二片层之间。
9.进一步的，所述条状刚性密封材料为沙林树脂环形条结构并通过双组分环氧树脂胶密封粘合在所述刚性第一片层与刚性第二片层之间。
10.进一步的，所述条状刚性密封材料为沙林树脂正方环形条结构或者所述条状树脂
材料为沙林树脂圆环形条结构。
11.进一步的，所述刚性第一片层或刚性第二片层上设置有易损区，所述易损区的材料厚度小于所述刚性第一片层或刚性第二片层的材料厚度。
12.优选的，刚性第一片层与刚性第二片层相对的一侧或刚性第二片层与刚性第一片层相对的一侧设置有凹槽，所述凹槽构成所述易损区。
13.优选的，刚性第一片层与刚性第二片层相对的一侧或刚性第二片层与刚性第一片层相对的一侧设置由弧形结构，所述弧形结构使所述刚性第一片层或刚性第二片层的材料厚度沿着弧线方向发生连续变化，所述弧形结构厚度最小处构成所述易损区。
14.本发明的有益效果为：
15.(1)本发明的刚性自修复结构试件，其结构采用了条形沙林树脂并配合双组分环氧数值胶，结构强度和稳定性高，能承受自修复实验中来自夹持设备的高强度夹持；本发明使用了沙林树脂环形条对液态修复材料，使用较少双组分环氧树脂胶的用量既可以对液态修复材料进行密封，减少被粘合材料距离，增加了结构密封强度，本发明采用沙林树脂环形条进行四周密封，相对于现有技术中的囊状外壳包裹而言更牢固，结构强度高，不易破损，结构简单制作速度更快；
16.(2)本发明的刚性自修复结构试件，通过在刚性第一片层或刚性第二片层上设置易损区，使易损区的材料厚度小于刚性第一片层或刚性第二片层的材料厚度，可以使该区域结构易于被刺破或同等条件下较其他区域易发生破裂，进一步的，易损区可以设置为凹槽或弧形结构，使刚性自修复结构试件破损后液态自修复材料能够向易于破损的易损区集中，提高液态修复材料的修复效率。
附图说明
17.图1为刚性自修复结构试件的整体结构剖面示意图一；
18.图2为刚性自修复结构试件的整体结构剖面示意图二；
19.图3为刚性自修复结构试件的整体结构剖面示意图三。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以
具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.下面结合图1-3对本发明的刚性自修复结构试件进行具体的说明。
23.实施例1
24.一种刚性自修复结构试件，其特征在于，所述刚性自修复结构试件1为层状结构，所述刚性自修复结构试件1从上至下依次包括刚性第一片层2以及刚性第二片层3，液态修复材料4设置在所述刚性第一片层2与刚性第二片层3之间，所述液态修复材料4由刚性第一片层2、条状刚性密封材料5、刚性第二片层3共同密封。
25.进一步的，所述刚性第一片层2与刚性第二片层3均为片状沙林树脂材料构成，所述刚性第一片层2与刚性第二片层3均为正方形或圆形片状结构。优选的，所述第一片层2与第二片层3的厚度设置为0.8mm-1.0mm。本发明设计的刚性自修复结构试件采用了沙林树脂外层结构，该材料物理化学性质稳定，能抵抗高温辐射等恶劣条件。该材料为透明材料同时力学性能优异，适合制作自修复结构试件。进一步的，刚性自修复结构试件使用的材料有沙林树脂，沙林树脂是物理化学性质稳定的高分子共聚物材料，其结构强度高可以保证自修复结构试件的刚性。
26.进一步的，所述液态修复材料4为混合液态树脂层，其厚度设置为0.8mm-1.0mm。其中，混合液态树脂层是由三羟甲基丙烷二烯丙基醚(简称tmpdae)、乙二醇双(3-巯基丙酸酯)(简称egdmp)、三丁基硼烷(简称tbb)和n-亚硝基苯基羟胺铝盐按一定比例混合而成，本发明提到的混合液态树脂具有修复功能。本发明的功能是被用作实验试件进行自修复实验。当结构被刺破或发生破裂，混合液态树脂材料能够快速发生共聚反应，形成高分子固体共聚物“硫醇-烯-三烷基硼烷树脂”，使得结构伤口快速得到修补。
27.进一步的，所述条状刚性密封材料5通过双组分环氧树脂胶501密封粘合在所述刚性第一片层2与刚性第二片层3之间。本发明使用的双组分环氧树脂胶对沙林树脂这类共聚物材料具有最优的粘合性。优选的，所述条状刚性密封材料5为条状沙林树脂材料，设计宽度为3mm-5mm。本发明的结构采用了条形沙林树脂并配合双组分环氧数值胶，结构强度和稳定性高，能承受自修复实验中来自夹持设备的高强度夹持。
28.进一步的，所述条状刚性密封材料5为沙林树脂环形条结构并通过双组分环氧树脂胶密封粘合在所述刚性第一片层2与刚性第二片层3之间，本发明使用了沙林树脂环形条对液态修复材料4，使用较少双组分环氧树脂胶的用量既可以对液态修复材料4进行密封，减少被粘合材料距离，增加了结构密封强度。本发明采用沙林树脂环形条进行四周密封，相对于现有技术中的囊状外壳包裹而言更牢固，结构强度高，不易破损，结构简单制作速度更快。
29.本发明设计出的结构试件制作步骤主要包括沙林树脂膜片制作、液态树脂混合、多层试件组装三大步骤，将混合液态树脂密封进入片状沙林树脂壳中。
30.第一步：“沙林树脂膜片制作”31.使用电磁助力式压膜仪将颗粒状沙林树脂(产品产自杜邦公司surlyn8940)制作为沙林树脂膜片；
32.第二步：“液态树脂混合”33.在厌氧手套箱中，混合由比例为1∶1硫醇∶烯烃化学计量比的共聚单体tmpdae和egdmp，2wt％tbb和0.1wt％抑制剂组成的混合液态树脂；
34.第三步：“多层试件组装”35.在厌氧手套箱中相应刚性自修复结构试件的结构进行组装制作。
36.优选的，所述条状刚性密封材料5为沙林树脂正方环形条结构。优选的，所述条状树脂材料5为沙林树脂圆环形条结构。
37.进一步的，所述刚性第一片层2或刚性第二片层3上设置有易损区6，所述易损区6的材料厚度小于所述刚性第一片层2或刚性第二片层3的材料厚度；通过设置厚度减少的易损区6，可以使该区域结构易于被刺破或同等条件下较其他区域易发生破裂。
38.优选的，刚性第一片层2与刚性第二片层3相对的一侧或刚性第二片层3与刚性第一片层2相对的一侧设置有凹槽7，所述凹槽7构成所述易损区6，通过在刚性第一片层2或刚性第二片层3的内侧设置厚度减少的凹槽，使刚性自修复结构试件破损后液态自修复材料能够向易于破损的易损区6集中，提高液态修复材料的修复效率。
39.优选的，刚性第一片层2与刚性第二片层3相对的一侧或刚性第二片层3与刚性第一片层2相对的一侧设置由弧形结构8，所述弧形结构8使所述刚性第一片层2或刚性第二片层3的材料厚度沿着弧线方向发生连续变化，所述弧形结构8厚度最小处构成所述易损区6，通过在刚性第一片层2或刚性第二片层3的内侧设置厚度连续减小的弧形结构8，相对于凹槽7的结构而言弧形结构8不存在形状急剧变化的区域因此其不会出现应力集中使刚性材料制成的自修复结构试件发生静载断裂，同时弧形结构8同样可以使刚性自修复结构试件破损后液态自修复材料能够向易于破损的易损区6集中，提高液态修复材料的修复效率。
40.本发明的刚性自修复结构试件，本发明的结构采用了条形沙林树脂并配合双组分环氧数值胶，结构强度和稳定性高，能承受自修复实验中来自夹持设备的高强度夹持；本发明使用了沙林树脂环形条对液态修复材料，使用较少双组分环氧树脂胶的用量既可以对液态修复材料进行密封，减少被粘合材料距离，增加了结构密封强度，本发明采用沙林树脂环形条进行四周密封，相对于现有技术中的囊状外壳包裹而言更牢固，结构强度高，不易破损，结构简单制作速度更快；进一步的，通过在刚性第一片层或刚性第二片层上设置易损区，使易损区的材料厚度小于刚性第一片层或刚性第二片层的材料厚度，可以使该区域结构易于被刺破或同等条件下较其他区域易发生破裂，进一步的，易损区可以设置为凹槽或弧形结构，使刚性自修复结构试件破损后液态自修复材料能够向易于破损的易损区集中，提高液态修复材料的修复效率。
41.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。