[發明專利]樹脂基復合材料損傷自修復中陶瓷管網載體的制備方法

無效

• 申請號: 201310066653.5
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103113717A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 李鵬;周建民;蔡莉
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: C08L63/02
• 分類號: C08L63/02;C08K9/06;C08K7/00;C08K3/22;C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明涉及一種樹脂基復合材料損傷自修復中陶瓷管網載體的制備方法，屬于材料領域。

背景技術

樹脂基復合材料以其比強度和比模量高、可設計性強等優異的綜合性能在航空航天、建筑和交通等領域表現出了極強的生命力。然而，作為一種由多種異質異形組元材料復合而成的新材料，樹脂基復合材料在成形和服役過程中存在著各組元材料的物理和化學變化，性能分散性較大，致使其表面和內部易出現各類損傷和缺陷，導致樹脂基復合材料性能過早劣化和失效。

為解決這一難題，研究人員基于生物自愈傷原理，提出了材料損傷自修復技術，其基本方法和原理是首先根據不同的反應機制制備修復劑；其次，將修復劑填充至修復劑載體中；最后，將載體埋入材料中，當材料受損產生裂紋并誘發載體破裂時，釋放出的修復劑粘結并修復損傷。該損傷自修復技術的核心主要包括修復劑和修復劑載體兩個方面。

目前，對于修復劑的研究已較成熟，主要有：基于化學反應機制的雙組份化學修復劑和基于光固化反應機制的單組份光修復劑兩種。然而，對于修復劑載體的研究尚處于起步階段。所采用的修復劑載體主要包括微膠囊和空心纖維兩種，該兩種載體在結構上均存在一定局限性，載體之間彼此相互孤立、互不貫通，無法實現修復劑的傳輸，不能對缺失或失效的修復劑進行補充或更換，不僅如此，互不貫通的載體由于無法為修復劑填充損傷部位傳遞壓力，一定程度上也影響了自修復的效果。

發明內容

本發明的目的是提供一種樹脂基復合材料損傷自修復中陶瓷管網載體的制備方法，該載體與現有微膠囊載體和空心纖維載體相比，其特點在于具有相互貫通的網狀管道結構，不僅可為修復劑填充損傷部位傳遞壓力，而且能實現修復劑的傳輸、補充和更換，突破了現有載體相互孤立、互不貫通的結構局限性，此外，該載體還具有結構可設計性強、與復合材料兼容性好等優點。

一種樹脂基復合材料損傷自修復中的陶瓷管網載體，包括：修復劑入口、樹脂基復合材料、陶瓷管網、修復劑出口、空腔，陶瓷管網嵌入樹脂基復合材料中，修復劑入口和修復劑出口都通過陶瓷管網伸出樹脂基復合材料外部，陶瓷管網中間是空腔結構；陶瓷管網在樹脂基復合材料中是相互貫通的網狀管道結構。

基于陶瓷管網載體的復合材料損傷自修復過程，陶瓷管網載體的空腔中填充了修復劑，當樹脂基復合材料出現裂紋時，處于裂紋前沿的載體受力破裂，修復劑迅速流至并填充裂紋處，并最終粘結和修復裂紋。修復過程中修復劑的傳輸、補充以及填充裂紋所需的壓力，通過修復劑入口、修復劑出口、空腔和陶瓷管網完成。

一種樹脂基復合材料損傷自修復中陶瓷管網載體的制備方法，包括：（1）陶瓷漿料的制備；（2）陶瓷管網胚體的制備；（3）陶瓷管網胚體的燒結；（4）陶瓷管網的界面處理。所采用的技術方案如下：

（1）陶瓷漿料的制備：

以粒度和比表面積分別為0.5μm和4.29m²/g的氧化鎂部分穩定氧化鋯作為主體，稀土氧化物為增韌劑，把稀土氧化物添加至8mol%氧化鎂部分穩定氧化鋯粉料中，配置成陶瓷粉末，稀土氧化物的質量是氧化鎂部分穩定氧化鋯粉料的1.7-2.3%；陶瓷粉末添加粘結劑，制成陶瓷漿料，粘結劑選擇聚乙烯醇與水的質量比為1:23的聚乙烯醇水溶液，陶瓷粉末和粘結劑的質量比為4:0.9-1.1；

稀土氧化物可以是氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、質量比為3:2的氧化鑭和氧化鈰、質量比為7:3:1的氧化鑭和氧化鈰和氧化鐠中的一種；

（2）陶瓷管網胚體的制備：

選擇尼龍絲直徑為0.3mm的尼龍絲網為有機前驅體，浸入上步驟制得的陶瓷漿料，待充分潤濕后，去除多余陶瓷漿料，室溫環境下自然風干48小時后，按照相同方法進行二次涂覆，獲得陶瓷管網胚體；

（3）陶瓷管網胚體的燒結：

將干燥的陶瓷管網坯體以3-5℃/min的速度升溫至800℃，保溫1小時,?使有機絲網和漿料中的粘結劑揮發完全，在胚體中形成空腔；再以4-6℃/min的速度升溫至1310℃，保溫1小時；最后以4-8℃/min的速度升溫至1570℃,?保溫6小時,?使坯體充分燒結，形成陶瓷管網；

（4）陶瓷管網的界面處理：

采用γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）和乙烯基三甲氧基硅烷（A171），按質量比0.9-1.1:0.8-1.2:1.8-2.2配置復合有機硅烷偶聯劑，對陶瓷管網進行界面處理，并將其埋入樹脂基復合材料中，埋入體積為復合材料體積的9-11%。