[發明專利]一種具有自愈合功能的環氧樹脂復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210469673.2
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102993640A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 劉政;陳源清;翟哲;馮拉俊;王娟娟
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: C08L63/02
• 分類號: C08L63/02;C08L81/04;C08K7/06;C08K3/04;C08K7/14;C08K5/101
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于工程材料制備技術領域，涉及有關自愈合復合材料的制備技術，具體地說，是一種具有自愈合功能的環氧樹脂復合材料的制備方法。

背景技術

具有自我修復功能的環氧樹脂及其復合材料主要是利用固態愈合劑分子與基體樹脂間形成強的氫鍵，利用熱激活法修復該材料構件在服役過程中因交變應力、撞擊等因素產生的裂紋。纖維環氧樹脂基復合材料因具有高的比強度、比模量等一系列優越的機械性能，在航空航天工業領域，橋梁等土木工程基礎設施，及一級方程式賽車等高性能車輛領域內得到了廣泛應用。但由于常持續暴露在惡劣的工況條件下，會導致性能惡化，特別是內部微裂紋的產生使其結構發生破壞，縮短其使用期限。目前，對于在服役中的樹脂和復合結構材料出現的裂紋破壞，如樹脂橫向斷裂、層間斷裂，一般可采用鉆孔注入樹脂固化修復破損處，或用增強修補帶粘結，及螺栓固定修復復合材料的方法。然而這些方法費時費力，并且對于材料內部的微裂紋無法起到修復作用。近幾年發展的液態愈合劑膠囊法，是將液態愈合劑包裹在微米級膠囊中，并將催化劑均勻地分布于樹脂基體中。利用樹脂中的裂紋在生長時會引起的膠囊破碎，將液態愈合劑引入破損處，并在催化劑的作用下與基體樹脂分子發生化學反應實現自愈合。但是該方法有自身的局限性，如愈合效果受制于膠囊的含量，分布率，同時在膠囊附近不可避免的引起應力集中，材料的機械性能受到玻璃膠囊的影響而降低。而對于裂紋的擴展能否充分引起膠囊破碎使液態愈合劑流出一直存在質疑，且在破壞處不能夠實現多次愈合。本發明是將一種支鏈雙酚類的高分子愈合劑摻入基體樹脂中，采用相似相容的原理將其充分均勻地分布在基體樹脂中。這種支鏈的大分子愈合劑通過氫鍵粘結在樹脂基體三維網狀結構中，因而無流動性，不影響材料整體機械性能。通過簡單局部加熱使斷裂面上纏繞的愈合劑分子鏈舒展開，通過分子間形成強的氫鍵實現修復，且該方法能夠實現多次愈合。

這種材料可以解決飛機機身、機翼、民用設施橋梁、汽車車體由于惡劣條件所引起的微小斷裂，特別是交變應力、撞擊引起的深層結構斷裂等問題，延長復合材料使用壽命，具有實際應用價值。

發明內容

本發明公開了一種具有自愈合功能的環氧樹脂復合材料的制備方法，解決了現有技術中存在的液態愈合劑膠囊法降低結構材料性能的缺點，且可進行多次愈合修復。

本發明所采用的技術方案是：一種具有自愈合功能的環氧樹脂基復合材料的制備方法，按以下步驟實施：

1）樹脂膠液配制：

以雙酚A環氧樹脂為基材，用稀釋劑將愈合劑分散于樹脂基體中，使重量百分比滿足雙酚A環氧樹脂:愈合劑:稀釋劑＝100:5～15:10～30；

然后采用高速剪切法或攪拌法使之充分混合，成為均一相，然后在真空抽提箱中以60℃的溫度抽提2小時，脫去稀釋劑和氣泡，得到膠液A，

再將固化劑和催化劑與膠液A均勻混合，得到樹脂膠液B，

所形成的樹脂膠液B中各有效組分重量比為：雙酚A環氧樹脂:固化劑：愈合劑：催化劑=100:70～90:5～15：0.5～1.5，

2）復合材料制備：

將樹脂膠液B浸漬于長纖維中，采用真空熱壓成型法制備纖維樹脂基復合材料，待真空熱壓成型法中高溫固化完成后，以2℃/min的降溫速率降溫到室溫，即得。

本發明的特點還在于，

步驟1）中所述稀釋劑為丙酮、丁酮、環己酮或甲苯中的任意一種。

步驟1）中所述愈合劑為雙酚A環氧乙烷共聚物，其分子量為25000，或為雙酚A氯醇共聚物，其分子量為15000。

步驟1）中所述固化劑為二氨基二苯砜，所述催化劑為N,N-二甲基芐胺。

步驟1）中采用高速剪切法或攪拌法充分混合后，加入1%-5%的聚硫橡膠作為增韌劑，0.1%-0.5%的水楊酸甲酯作為抗老化劑。

步驟2）中所述長纖維為碳纖維、凱芙拉或玻璃纖維。

步驟2）真空熱壓成型法中固化溫度和時間為：先在80℃的溫度下固化1-2h，再在120℃的溫度下固化2-4h，最后在130℃的溫度下固化3-5h，其中升溫速率均為2℃/min。

步驟2）真空熱壓成型法中固化溫度和時間為：先在80℃的溫度下固化3-4h，然后在130℃的溫度下固化5-6h。