[發(fā)明專利]基于環(huán)氧樹脂的高剛度高阻尼自愈合復(fù)合材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2023-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN116041910A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李立;徐晨昊
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L63/00
• 分類號(hào): C08L63/00;C08K3/04;C08G59/42
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳

本發(fā)明公開了一種基于環(huán)氧樹脂的高剛度高阻尼自愈合復(fù)合材料及其制備方法，屬于自愈合材料制備技術(shù)，其中，制備方法包括：將碳納米管均勻分散于環(huán)氧樹脂中，加入催化劑和酸酐類固化劑，形成中間體；對中間體進(jìn)行固化，固化過程中酸酐類固化劑與環(huán)氧樹脂反應(yīng)產(chǎn)生酯鍵，催化劑加速酯鍵交換，得到自愈合復(fù)合材料。本發(fā)明以環(huán)氧樹脂為基材，通過酸酐類固化劑與環(huán)氧樹脂反應(yīng)產(chǎn)生酯鍵，在催化劑作用下發(fā)生酯鍵可逆交換反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)材料自愈合功能，將自愈合材料與碳納米管復(fù)合，碳納米管增強(qiáng)材料剛度。同時(shí)在分子鏈端，可逆交換反應(yīng)產(chǎn)生大量懸掛鏈，引起粘性阻尼。碳納米管在微觀尺度與材料接觸產(chǎn)生界面阻尼，使得自愈合復(fù)合材料兼具高剛度和高阻尼性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自愈合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于環(huán)氧樹脂的高剛度高阻尼自愈合復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)熱固性樹脂利用不可逆共價(jià)鍵實(shí)現(xiàn)三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，一旦不可逆共價(jià)鍵斷裂則無法再次重建，進(jìn)一步影響復(fù)合材料的再加工及回收利用問題。近年來提出的vitrimer自愈合復(fù)合材料，有望成為替代傳統(tǒng)熱固性樹脂基材的一類新聚合物材料，由此成為當(dāng)前科技前沿的熱點(diǎn)和新興領(lǐng)域。

在自愈合聚合物材料中，可逆共價(jià)鍵的鍵能往往弱于非可逆共價(jià)鍵的鍵能，在受到載荷破壞時(shí)往往率先發(fā)生可逆化學(xué)鍵斷裂。當(dāng)損傷部分相互接觸時(shí)，在高分子鏈段的損傷界面處通過局部溫度激發(fā)重新形成可逆共價(jià)鍵，促進(jìn)高分子鏈段在裂紋處發(fā)生縫合，最終實(shí)現(xiàn)靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能的修復(fù)。然而，由于可逆共價(jià)鍵的鍵能弱于非可逆共價(jià)鍵的鍵能，造成自愈合材料的剛度和強(qiáng)度比傳統(tǒng)聚合物材料要稍弱。目前所制備的自愈合聚合物材料的彈性模量不夠高，與常用的熱固性樹脂基復(fù)合材料相比還存在一定的差距。且隨著現(xiàn)代科技向多功能集成化、輕量化、舒適化、智能化等方向的發(fā)展，要求復(fù)合材料在寬廣且密集的激勵(lì)頻譜環(huán)境中兼具高力學(xué)性能和高阻尼性能。對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)材料而言，兼具高剛度和高阻尼是至關(guān)重要的，但剛度和阻尼是兩種互斥的性能，因此如何使復(fù)合材料兼具高剛度和高阻尼的綜合性能，是學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn)之一。

由此可見，現(xiàn)有自愈合材料存在材料力學(xué)性能不足、剛度與阻尼兩性能之間互斥的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于環(huán)氧樹脂的高剛度高阻尼自愈合復(fù)合材料及其制備方法，由此解決現(xiàn)有自愈合材料存在材料力學(xué)性能不足、剛度與阻尼兩性能之間互斥的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于環(huán)氧樹脂的高剛度高阻尼自愈合復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳納米管均勻分散于環(huán)氧樹脂中，然后加入催化劑和酸酐類固化劑，形成中間體；

(2)對中間體進(jìn)行固化處理，固化過程中酸酐類固化劑與環(huán)氧樹脂反應(yīng)產(chǎn)生酯鍵，催化劑加速酯鍵交換過程，固化得到交換鍵為酯鍵的自愈合材料與碳納米管復(fù)合的自愈合復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，所述酸酐類固化劑為戊二酸酐，則自愈合復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為64℃-66℃。

進(jìn)一步地，所述酸酐類固化劑為戊二酸酐和癸二酸的混合物，則自愈合復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為50℃-52℃。

進(jìn)一步地，所述戊二酸酐和癸二酸的摩爾比是(1-3)：1。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)包括：

先預(yù)熱模具，然后將抽真空處理后的中間體注入到模具中；

對模具中的中間體依次進(jìn)行抽真空處理和升溫固化，得到自愈合復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，所述中間體通過如下方式注入到模具中：

用針筒從放置中間體的容器底部抽入中間體，注入到模具中。