[發明專利]一種二元復合自修復纖維增強材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202211416699.0
• 申請日: 2022-11-14
• 公開（公告）號: CN115785615A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 王珺;吳魯超
• 申請（專利權）人: 復旦大學;復旦大學義烏研究院
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08J5/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種二元復合自修復纖維增強材料，其特征在于，包括環氧樹脂基體、固化劑和纖維增強材料，此外，還包括分布于纖維增強材料中的微脈管網絡；所述微脈管網絡包括至少一個微脈管和附著于微脈管外壁上的若干微膠囊；所述微脈管內裝有環氧樹脂修復劑，且具有至少一個相連通的裝有環氧樹脂修復劑的儲液池；所述微膠囊內包覆有環氧樹脂固化劑和環氧樹脂催化劑；所述微脈管網絡中，具有儲液池的微脈管用于儲存并運輸環氧樹脂修復劑；附著于微脈管外壁上的微膠囊用于儲存環氧樹脂固化劑和催化劑，通過調整微膠囊數量可以調整固化劑和催化劑的比例，達到良好的固化效果。

2.根據權利要求1所述的二元復合自修復纖維增強材料，其特征在于，所述微脈管在纖維增強材料中具有幾何拓撲網絡排布；具有幾何拓撲結構的自修復微脈管網絡，配合儲液池的形狀、位置設置，使微脈管覆蓋盡可能多的面積，從而保證環氧樹脂修復液經由微脈管運輸到材料中的各個部位，達到更高的修復面積比。

3.根據權利要求2所述的二元復合自修復纖維增強材料，其特征在于，所述微脈管分布于二元復合自修復纖維增強材料的表層，或內部靠近表層處。

4.根據權利要求2所述的二元復合自修復纖維增強材料，其特征在于，所述環氧樹脂基體為脂環族環氧樹脂、縮水甘油胺、雙酚A縮水甘油酯或雙酚A縮水甘油醚中的一種或幾種；所述固化劑為乙二胺、二乙烯三胺、聚酰胺、甲基六氫苯酐、六氫苯酐、甲基四氫苯酐、雙氰胺、偏苯三甲酸酐或鄰苯二甲酸酐；所述纖維增強材料為玻璃纖維、碳纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、玻璃纖維織物或碳纖維織物的一種或幾種。

5.根據權利要求1-4之一所述的二元復合自修復纖維增強材料，其特征在于：

所述環氧樹脂修復劑選自脂環族環氧樹脂、縮水甘油胺、雙酚A縮水甘油酯、雙酚A縮水甘油醚、四氫苯二甲酸二縮水甘油酯、1, 2 環氧環己烷4, 5- 二甲酸縮水甘油酯、羥甲基雙酚A 縮水甘油醚中的一種或幾種；

所述環氧樹脂固化劑選自多硫醇、四乙烯五胺或三氟化硼-乙醚；

所述環氧樹脂催化劑選自甲基二乙醇胺、三乙醇胺、二乙胺基丙胺、N,N-二甲基芐胺、含親核陰離子的季銨鹽或含親核陰離子的季锍鹽。

6.根據權利要求5所述的二元復合自修復纖維增強材料，其特征在于：

所述微脈管選自PP管、PMMA管、PC管、PS塑料管或玻璃微管；

所述微膠囊的外壁材料選自石蠟、明膠或聚苯乙烯。

7.根據權利要求5所述的二元復合自修復纖維增強材料，其特征在于，所述微脈管的內徑為50~800μm，外徑為100~1000μm。

8.一種如權利要求1-7之一所述二元復合自修復纖維增強材料的制備方法，其特征在于，具體步驟為：

步驟S1：制備二元預浸帶：

將環氧樹脂修復劑裝入具有至少一個相連通的儲液池的微脈管中；通過復相聚合或擠壓凝固方法制備包覆環氧樹脂催化劑和環氧樹脂固化劑的微膠囊；在微脈管外壁噴涂樹脂薄層，將微膠囊附著于微脈管外壁；將環氧樹脂基體和固化劑的混合物涂覆于附著有微膠囊的微脈管外壁，預固化，得到微膠囊和微脈管的二元預浸帶；

步驟S2：制備纖維增強材料預浸帶：

將環氧樹脂基體和固化劑混合，用得到的混合物浸潤纖維增強材料，預固化，得到纖維增強材料預浸帶；

步驟S3：制備復合預浸料：

將多個二元預浸帶和多個纖維增強材料預浸帶進行層疊鋪設，所述二元預浸帶位于任意兩個相鄰的纖維增強材料預浸帶之間，得復合預浸料；

步驟S4：模壓固化：

將所述復合預浸料放入模具中加壓，經過預固化、固化，制得二元復合自修復纖維增強材料。

9.根據權利要求8所述的二元復合自修復纖維增強材料的制備方法，其特征在于，步驟S1、步驟S2、步驟S4中，預固化的溫度為5~40℃，時間為8~48小時；步驟S4中，固化的溫度為40~120℃，時間為8~48小時。