[發明專利]一種自增壓聚丙烯腈核殼納米纖維膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210026461.0
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114525625B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 蔡浩鵬;毛馳;王洪偉
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: D04H1/4382
• 分類號: D04H1/4382;D04H1/43;D04H1/4326;D04H1/728;D01F8/08;D01F8/16
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 姜婷

本發明涉及一種自增壓聚丙烯腈核殼納米纖維膜及其制備方法和應用，包括以下步驟：取發泡劑和愈合劑體系樹脂混合得到第一核層紡絲液A，取聚丙烯腈溶液作為殼層紡絲液B，取愈合劑體系固化劑作為第二核層紡絲液C；將第一核層紡絲液A和殼層紡絲液B通過同軸靜電紡絲得到樹脂核殼納米纖維D；將第二核層紡絲液C和殼層紡絲液B通過同軸靜電紡絲得到樹脂核殼納米纖維E；將樹脂核殼納米纖維D和固化劑核殼納米纖維E同時沉積到離心紙F表面成膜，得到自增壓聚丙烯腈核殼納米纖維膜。將本發明的核殼納米纖維膜鋪在碳纖維預浸料層間制備CFRP，當CFRP層間受到損傷時，在熱激勵下纖維膜中存儲的愈合劑流出快速固化修復損傷，恢復力學性能。

技術領域

本發明涉及復合材料和功能材料技術領域，尤其涉及一種自增壓聚丙烯腈核殼納米纖維膜及其制備方法和應用。

背景技術

隨著航空航天工業的發展以及汽車輕量化的發展趨勢，碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP)用量逐年提高。然而，在CFRP的生產和使用過程中，受到外力沖擊時容易產生微裂紋甚至分層，大部分情況并沒有明顯的目視可見損傷，但內部損傷的存在會造成復合材料的強度和剛度損失很大，是CFRP結構安全使用的隱患。

自愈合材料可以對材料內部損傷進行修復，極大降低維護成本。目前自愈合材料主要分為本征型和外援型兩種體系，外援型更適合纖維增強復合材料。中國專利CN107829164A公開了一種利用靜電紡絲法制備自愈合納米纖維的方法，其利用同軸靜電紡絲技術將修復劑包封在可紡性聚合物中并將其用于水性涂料的自愈合。Neisiany(Neisiany?RE,Lee?JKY,Khorasani?SN,Ramakrishna?S.Self-healing?andinterfacially?toughened?carbon?fibre-epoxy?composites?based?on?electrospuncore-shell?nanofibres.J?APPL?POLYM?SCI?2017；134:44956.)等通過同軸靜電紡絲技術將低粘度環氧樹脂和固化劑包封在聚丙烯腈核殼納米纖維中，聚丙烯腈核殼納米纖維直接以碳纖維織物為載體鋪附在其表面，然后浸潤樹脂制備成自愈合碳纖維復合材料。一方面，在CFRP制品中，由于聚丙烯腈核殼納米纖維先鋪附在碳纖維織物表面而后浸潤樹脂基體制備復合材料，預浸料已經成為復合材料制備過程的主要材料，同時該復合材料成型工藝更適合濕法成型，復合材料成型制備過程中很容易使碳纖維織物表面的核殼納米纖維移動，造成復合材料層間局部缺少核殼納米纖維，起不到自愈合的作用；另一方面，CFRP受損時修復劑中粘度大的樹脂釋放速度較慢影響了自愈合效果，尤其是材料愈合強度方面。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種自增壓聚丙烯腈核殼納米纖維膜及其制備方法和應用，該納米纖維膜可更加方便的用于碳纖維預浸料體系制備復合材料中，制備的復合材料具有更好的自愈合效率，有效提高材料愈合強度。

為了達到上述目的，本發明納米纖維膜的技術方案是：

包括以下步驟：

(1)取發泡劑和愈合劑體系樹脂混合得到第一核層紡絲液A，取聚丙烯腈溶液作為殼層紡絲液B，取愈合劑體系固化劑作為第二核層紡絲液C；

(2)將第一核層紡絲液A和殼層紡絲液B通過同軸靜電紡絲得到樹脂核殼納米纖維D；

將第二核層紡絲液C和殼層紡絲液B通過同軸靜電紡絲得到樹脂核殼納米纖維E；

(3)將樹脂核殼納米纖維D和固化劑核殼納米纖維E同時沉積到離心紙F表面成膜，得到自增壓聚丙烯腈核殼納米纖維膜。

進一步地，步驟(1)中發泡劑為偶氮二甲酸二乙酯，發泡劑的用量占愈合劑體系樹脂質量的1％～5％。

進一步地，所述愈合劑體系樹脂為雙酚A型環氧樹脂和雙酚F型環氧樹脂中的一種或兩種；所述愈合劑體系固化劑為異佛爾酮二胺、乙二胺和多乙烯多胺中的一種或多種。