[发明专利]一种基于双重固化修复剂的复合材料及其损伤自修复方法

说明书

本发明公开了一种基于双重固化修复剂的复合材料及其损伤自修复方法，它涉及复合材料损伤自修复领域。根据光能固化反应和化学能固化反应的特征，研制了一种具有快速修复、不受损伤裂纹深度影响的双重固化修复剂。本发明将内置有双重固化修复剂的陶瓷管网载体埋入复合材料中，同时将胺类固化剂均匀分布于复合材料基体中，当复合材料产生损伤裂纹时，位于裂纹扩展前沿的陶瓷管网载体破裂，双重固化修复剂流出，对位于复合材料浅表层损伤裂纹，修复剂发生以光能固化反应为主的双重固化过程，保证对浅表层损伤裂纹修复的实时性，对位于复合材料内部深层损伤裂纹，修复剂将发生以化学能固化反应为主的双重固化过程，实现对深层损伤裂纹的修复。

技术领域

本发明涉及一种基于双重固化修复剂的复合材料及其损伤自修复方法，属于复合材料损伤自修复领域。

背景技术

复合材料以其比强度和比模量高、可设计性强、减重效果显著等优异的综合性能在航空航天、建筑和交通等领域得到了广泛的重视和应用。然而，作为一种由多种异质组元材料复合而成的新材料，复合材料及其构件在制造和服役过程中存在着各组元材料的物理和化学变化，性能分散性较大，致使其表面和内部易出现各类损伤和缺陷，尤其是微裂纹的产生和扩展将引起材料整体性能的劣化，导致构件过早失效，造成灾难性事故和巨大经济损失。近年来，随着材料工程、应用力学和仿生学等学科的交叉、融合和发展，研究人员开始从仿生学的角度，探索实现复合材料损伤自修复的新途径和方法，并提出了复合材料损伤自修复的概念。

复合材料损伤自修复的基本原理是模拟生物自愈伤原理，将内置有修复剂的载体埋入材料中，当材料受损产生裂纹时，诱发载体破裂，释放修复剂，修复损伤。目前，国内外复合材料损伤自修复研究中的修复剂主要为化学能固化修复剂，化学能固化修复剂其不足之处在于自修复速度较慢。因此，针对特定的复合材料，急需提出一种基于双重固化修复剂的复合材料损伤自修复方法，以弥补当前损伤自修复方法的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双重固化修复剂的复合材料，通过研制双重固化修复剂，由于光能固化反应和化学能固化反应的特点，确定双重固化修复剂的配比，由于位于材料不同深度处的修复剂，其固化反应中光能和化学能固化所起的作用会存在差异，因此本发明分析了固化产物的性能进而研究修复剂中各组分的配比，该组分中主要包括光能固化体系A，化学能固化体系B。

本发明的另一目的在于提供一种基于双重固化修复剂的复合材料损伤自修复方法，对复合材料损伤自修复采用双重固化技术，提出同时具有光能固化和化学能固化特点的损伤自修复方法，化学能固化采用双组分化学修复剂，损伤自修复通过组分间接触并发生固化反应实现，自修复速度不受光透射深度的限制；光能固化采用单组分光修复剂，损伤自修复过程通过光固化实现，修复速度快。

一种基于双重固化修复剂的复合材料，含有一种双重固化剂，由两部分组成：第一部分是光能固化体系A,第二部分是化学能固化体系B。

其中，光能固化体系A,包括：光引发剂A1、预聚物A2及活性稀释剂A3。

其中，化学能固化体系B，包括：环氧树脂B1及胺类固化剂B2。

优选地，光引发剂A1采用α-羟基酮类光引发剂。

优选地，预聚物A2采用双酚A型环氧丙烯酸酯，双酚A型环氧丙烯酸酯是由双酚A环氧树脂和丙烯酸制成，其合成反应如下：

其中R为：

优选地，活性稀释剂A3采用甲基丙烯酸甲酯。

优选地，环氧树脂B1采用双酚A型环氧树脂。

优选地，胺类固化剂B2采用改性胺环氧固化剂。

优选地，本发明还至少包括以下一种技术特征：