[发明专利]一种具有自愈合功能的环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于工程材料制备技术领域，涉及有关自愈合复合材料的制备技术，具体地说，是一种具有自愈合功能的环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

具有自我修复功能的环氧树脂及其复合材料主要是利用固态愈合剂分子与基体树脂间形成强的氢键，利用热激活法修复该材料构件在服役过程中因交变应力、撞击等因素产生的裂纹。纤维环氧树脂基复合材料因具有高的比强度、比模量等一系列优越的机械性能，在航空航天工业领域，桥梁等土木工程基础设施，及一级方程式赛车等高性能车辆领域内得到了广泛应用。但由于常持续暴露在恶劣的工况条件下，会导致性能恶化，特别是内部微裂纹的产生使其结构发生破坏，缩短其使用期限。目前，对于在服役中的树脂和复合结构材料出现的裂纹破坏，如树脂横向断裂、层间断裂，一般可采用钻孔注入树脂固化修复破损处，或用增强修补带粘结，及螺栓固定修复复合材料的方法。然而这些方法费时费力，并且对于材料内部的微裂纹无法起到修复作用。近几年发展的液态愈合剂胶囊法，是将液态愈合剂包裹在微米级胶囊中，并将催化剂均匀地分布于树脂基体中。利用树脂中的裂纹在生长时会引起的胶囊破碎，将液态愈合剂引入破损处，并在催化剂的作用下与基体树脂分子发生化学反应实现自愈合。但是该方法有自身的局限性，如愈合效果受制于胶囊的含量，分布率，同时在胶囊附近不可避免的引起应力集中，材料的机械性能受到玻璃胶囊的影响而降低。而对于裂纹的扩展能否充分引起胶囊破碎使液态愈合剂流出一直存在质疑，且在破坏处不能够实现多次愈合。本发明是将一种支链双酚类的高分子愈合剂掺入基体树脂中，采用相似相容的原理将其充分均匀地分布在基体树脂中。这种支链的大分子愈合剂通过氢键粘结在树脂基体三维网状结构中，因而无流动性，不影响材料整体机械性能。通过简单局部加热使断裂面上缠绕的愈合剂分子链舒展开，通过分子间形成强的氢键实现修复，且该方法能够实现多次愈合。

这种材料可以解决飞机机身、机翼、民用设施桥梁、汽车车体由于恶劣条件所引起的微小断裂，特别是交变应力、撞击引起的深层结构断裂等问题，延长复合材料使用寿命，具有实际应用价值。

发明内容

本发明公开了一种具有自愈合功能的环氧树脂复合材料的制备方法，解决了现有技术中存在的液态愈合剂胶囊法降低结构材料性能的缺点，且可进行多次愈合修复。

本发明所采用的技术方案是：一种具有自愈合功能的环氧树脂基复合材料的制备方法，按以下步骤实施：

1）树脂胶液配制：

以双酚A环氧树脂为基材，用稀释剂将愈合剂分散于树脂基体中，使重量百分比满足双酚A环氧树脂:愈合剂:稀释剂＝100:5～15:10～30；

然后采用高速剪切法或搅拌法使之充分混合，成为均一相，然后在真空抽提箱中以60℃的温度抽提2小时，脱去稀释剂和气泡，得到胶液A，

再将固化剂和催化剂与胶液A均匀混合，得到树脂胶液B，

所形成的树脂胶液B中各有效组分重量比为：双酚A环氧树脂:固化剂：愈合剂：催化剂=100:70～90:5～15：0.5～1.5，

2）复合材料制备：

将树脂胶液B浸渍于长纤维中，采用真空热压成型法制备纤维树脂基复合材料，待真空热压成型法中高温固化完成后，以2℃/min的降温速率降温到室温，即得。

本发明的特点还在于，

步骤1）中所述稀释剂为丙酮、丁酮、环己酮或甲苯中的任意一种。

步骤1）中所述愈合剂为双酚A环氧乙烷共聚物，其分子量为25000，或为双酚A氯醇共聚物，其分子量为15000。

步骤1）中所述固化剂为二氨基二苯砜，所述催化剂为N,N-二甲基苄胺。

步骤1）中采用高速剪切法或搅拌法充分混合后，加入1%-5%的聚硫橡胶作为增韧剂，0.1%-0.5%的水杨酸甲酯作为抗老化剂。

步骤2）中所述长纤维为碳纤维、凯芙拉或玻璃纤维。

步骤2）真空热压成型法中固化温度和时间为：先在80℃的温度下固化1-2h，再在120℃的温度下固化2-4h，最后在130℃的温度下固化3-5h，其中升温速率均为2℃/min。

步骤2）真空热压成型法中固化温度和时间为：先在80℃的温度下固化3-4h，然后在130℃的温度下固化5-6h。