[发明专利]一种自增压聚丙烯腈核壳纳米纤维膜及其制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 202210026461.0 申请日: 2022-01-11
公开(公告)号: CN114525625B 公开(公告)日: 2023-04-25
发明(设计)人: 蔡浩鹏;毛驰;王洪伟 申请(专利权)人: 武汉理工大学
主分类号: D04H1/4382 分类号: D04H1/4382;D04H1/43;D04H1/4326;D04H1/728;D01F8/08;D01F8/16
代理公司: 武汉智嘉联合知识产权代理事务所(普通合伙) 42231 代理人: 姜婷
地址: 430070 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 增压 聚丙烯 腈核壳 纳米 纤维 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

本发明涉及一种自增压聚丙烯腈核壳纳米纤维膜及其制备方法和应用,包括以下步骤:取发泡剂和愈合剂体系树脂混合得到第一核层纺丝液A,取聚丙烯腈溶液作为壳层纺丝液B,取愈合剂体系固化剂作为第二核层纺丝液C;将第一核层纺丝液A和壳层纺丝液B通过同轴静电纺丝得到树脂核壳纳米纤维D;将第二核层纺丝液C和壳层纺丝液B通过同轴静电纺丝得到树脂核壳纳米纤维E;将树脂核壳纳米纤维D和固化剂核壳纳米纤维E同时沉积到离心纸F表面成膜,得到自增压聚丙烯腈核壳纳米纤维膜。将本发明的核壳纳米纤维膜铺在碳纤维预浸料层间制备CFRP,当CFRP层间受到损伤时,在热激励下纤维膜中存储的愈合剂流出快速固化修复损伤,恢复力学性能。

技术领域

本发明涉及复合材料和功能材料技术领域,尤其涉及一种自增压聚丙烯腈核壳纳米纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着航空航天工业的发展以及汽车轻量化的发展趋势,碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)用量逐年提高。然而,在CFRP的生产和使用过程中,受到外力冲击时容易产生微裂纹甚至分层,大部分情况并没有明显的目视可见损伤,但内部损伤的存在会造成复合材料的强度和刚度损失很大,是CFRP结构安全使用的隐患。

自愈合材料可以对材料内部损伤进行修复,极大降低维护成本。目前自愈合材料主要分为本征型和外援型两种体系,外援型更适合纤维增强复合材料。中国专利CN107829164A公开了一种利用静电纺丝法制备自愈合纳米纤维的方法,其利用同轴静电纺丝技术将修复剂包封在可纺性聚合物中并将其用于水性涂料的自愈合。Neisiany(Neisiany RE,Lee JKY,Khorasani SN,Ramakrishna S.Self-healing andinterfacially toughened carbon fibre-epoxy composites based on electrospuncore-shell nanofibres.J APPL POLYM SCI 2017;134:44956.)等通过同轴静电纺丝技术将低粘度环氧树脂和固化剂包封在聚丙烯腈核壳纳米纤维中,聚丙烯腈核壳纳米纤维直接以碳纤维织物为载体铺附在其表面,然后浸润树脂制备成自愈合碳纤维复合材料。一方面,在CFRP制品中,由于聚丙烯腈核壳纳米纤维先铺附在碳纤维织物表面而后浸润树脂基体制备复合材料,预浸料已经成为复合材料制备过程的主要材料,同时该复合材料成型工艺更适合湿法成型,复合材料成型制备过程中很容易使碳纤维织物表面的核壳纳米纤维移动,造成复合材料层间局部缺少核壳纳米纤维,起不到自愈合的作用;另一方面,CFRP受损时修复剂中粘度大的树脂释放速度较慢影响了自愈合效果,尤其是材料愈合强度方面。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题,提供一种自增压聚丙烯腈核壳纳米纤维膜及其制备方法和应用,该纳米纤维膜可更加方便的用于碳纤维预浸料体系制备复合材料中,制备的复合材料具有更好的自愈合效率,有效提高材料愈合强度。

为了达到上述目的,本发明纳米纤维膜的技术方案是:

包括以下步骤:

(1)取发泡剂和愈合剂体系树脂混合得到第一核层纺丝液A,取聚丙烯腈溶液作为壳层纺丝液B,取愈合剂体系固化剂作为第二核层纺丝液C;

(2)将第一核层纺丝液A和壳层纺丝液B通过同轴静电纺丝得到树脂核壳纳米纤维D;

将第二核层纺丝液C和壳层纺丝液B通过同轴静电纺丝得到树脂核壳纳米纤维E;

(3)将树脂核壳纳米纤维D和固化剂核壳纳米纤维E同时沉积到离心纸F表面成膜,得到自增压聚丙烯腈核壳纳米纤维膜。

进一步地,步骤(1)中发泡剂为偶氮二甲酸二乙酯,发泡剂的用量占愈合剂体系树脂质量的1%~5%。

进一步地,所述愈合剂体系树脂为双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂中的一种或两种;所述愈合剂体系固化剂为异佛尔酮二胺、乙二胺和多乙烯多胺中的一种或多种。

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