[发明专利]一种自修复型纤维增强复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自修复型纤维增强复合材料及其制备方法，所述复合材料包括纤维增强复合材料和设置在纤维增强复合材料的表层和/或中间的微脉管网络结构；所述微脉管网络结构包括：并行排布的至少一个修复液微脉管和至少一个固化剂微脉管，所述并行排布的修复液微脉管和固化液微脉管呈蛇形或几何拓扑网络状；所述修复液微脉管至少连通一个修复液储液池，所述固化剂微脉管至少连通一个固化剂微脉管。本发明提供的自修复型纤维增强复合材料，不但适用于多次修复，还能实现修复剂、固化剂及催化剂的有效传输和比例可控，并避免修复后出现新缺陷。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种自修复型纤维增强复合材料及其制备方法。

背景技术

纤维增强复合材料在航空航天、汽车、建筑及电子等领域具有重要的应用价值。近年来，具有自修复功能的纤维增强复合材料更成为研究热点，其有望解决外力导致的复合材料外部破坏或内部损伤问题，从而延长材料使用寿命、提高应用可靠性。自修复是指在无外界作用的情况下，通过能量补给和物质补给，模仿生物体损伤愈合原理，对内部或外部损伤自行修复。目前有两种自修复材料体系，胶囊型自修复材料和空心纤维型自修复材料。

胶囊型自修复材料属于单次修复材料，当修复完成后，在同一位置再受到损伤，材料无法进行二次修复。而且，当微胶囊中的修复液流出对裂纹进行修补后，原破裂胶囊位置可能形成微小孔洞，导致材料中出现微缺陷，若胶囊与基体结合不够紧密，裂纹绕过微胶囊扩展，则没有修复效果。相比于胶囊型自修复材料，空心纤维型自修复材料更适合于多次自修复应用，但依旧存在以下问题：(1)管道中的毛细作用不能迅速引导修复液流动、甚至无法填满裂缝；(2)无法保证修复过程中催化剂与修复液的合理比例；(3)修复液流空纤维内腔后出现的孔洞形成材料修复后的新缺陷。

有研究者应用空心玻璃纤维制备了玻璃纤维和碳纤维增强自修复复合材料。但材料出现断裂、空心纤维破裂后，修复液借助毛细作用自动流出效率很低，需利用加热和抽真空等手段才可使修复剂流出并到达材料断裂面，所采用的人工干预措施，已不属于自动修复范畴。为了使空心纤维中的修复剂迅速流出，专利CN103554840A公开了一种自修复型纤维增强环氧复合材料，在填充纤维管道的修复液中添加发泡剂增加内压，增强修复液体的流动性能，从而提高自修复效果。然而，该方法由于添加了发泡剂，会产生很多气泡，增加修复后的微缺陷数量，劣化了材料自修复后的强度。因此，现有的自修复纤维增强复合材料仍有待改进。

此外，现有的自修复型纤维增强复合材料，在修复剂和固化剂、催化剂的存储方面，一种是分别放置于胶囊或空心纤维中，按比例混合胶囊和微管，构成自修复材料；另一种是将催化剂分散混入复合材料中的基材中，当修复剂流出时，与基材中的催化剂相遇，发生化学反应固化。然而，上述第一种按比例混合的方式很难控制在破坏位置流出的修复剂、固化剂和催化剂的量和比例，影响修复效果；上述第二种将固化剂和催化剂混合在基体中的方法，材料浪费比较大，在材料破坏位置需要更多催化剂的时候，没有办法调整，并且固化剂和催化剂混合在基体材料中，长期后固化剂和催化剂效果容易发生退化，降低乃至丧失修复功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自修复型纤维增强复合材料及其制备方法，以解决自修复纤维增强复合材料的上述技术缺陷。本发明提供的自修复型纤维增强复合材料，不但适用于多次修复，还能实现修复剂、固化剂及催化剂的有效传输和比例可控，并避免修复后出现新缺陷。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种自修复型纤维增强复合材料，包括纤维增强符合材料和设置在纤维增强复合材料的表层和/或中间的微脉管网络结构；

所述微脉管网络结构包括：并行排布的至少一个修复液微脉管和至少一个固化剂微脉管，所述并行排布的修复液微脉管和固化液微脉管呈几何拓扑网络状；所述修复液微脉管至少连通一个修复液储液池，所述固化剂微脉管至少连通一个固化剂微脉管。