[发明专利]一种具有自修复的碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种具有自修复的碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法和应用。该碳纤维/环氧树脂复合材料的制备包括步骤：S1.制备呋喃化合物接枝的碳纤维，标记为CF‑A；S2.合成环氧基马来酰亚胺衍生物，标记为MEX；S3.将MEX、环氧树脂单体和胺类固化剂混合，所得复合材料为MEX‑E；将CF‑A加入到MEX‑E中置于55～70℃下进行预固化，然后在110～150℃下固化制得。本发明在碳纤维的表面上引入了呋喃基团，在环氧树脂基体中引入马来酰亚胺基团，通过可逆的双烯合成反应形成化学键接。在碳纤维/环氧树脂基体的界面遭到破坏后，可通过温和的条件控制反应的正逆进行，实现该界面的高效且多次的自修复。

主权项

1.一种具有自修复的碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述碳纤维/环氧树脂复合材料的制备包括如下具体步骤：S1.呋喃化合物接枝的碳纤维的制备：(1)碳纤维的表面氧化处理：将碳纤维浸入浓硝酸，加热升温至90～120℃，表面氧化处理，得到表面带有反应性羧基或羟基的氧化碳纤维，标记为CF‑O；(2)碳纤维表面接枝六氯环三磷腈上：将上述CF‑O置入溶剂Ⅰ中，再加入六氯环三磷腈与缚酸剂三乙胺，在30～60℃下搅拌反应，用相应溶剂Ⅰ洗涤碳纤维后干燥，获得六氯环三磷腈接枝的碳纤维，标记为CF‑H；(3)碳纤维表面接枝呋喃化合物：将CF‑H与带有呋喃基团的糠胺或糠醇，三乙胺混合后在0～20℃搅拌反应；反应结束后，将碳纤维从溶液中取出后，用溶剂Ⅱ洗涤，放入真空烘箱40～60℃干燥，制得呋喃化合物接枝的碳纤维，标记为CF‑A；其中，A为S2.环氧基马来酰亚胺衍生物的合成：(1)在冰浴和氮气保护下，将马来酸酐与醇胺的质量比为(1～30)：(2～8)，或者马来酸酐与对氨基苯酚依次放入反应器中，后撤去冰浴，常温下搅拌反应，得体系A；(2)在体系A中加入醋酸酐、四水合醋酸镍和三乙胺，在85～100℃下反应，得马来酰亚胺衍生物；(3)在15～30℃下将马来酰亚胺衍生物在氢氧化钠水溶液的催化下与卤代环氧烷反应，得到环氧基马来酰亚胺衍生物，标记为MEX；S3.碳纤维/环氧树脂复合材料的制备：将MEX、环氧树脂单体和胺类固化剂混合均匀，所得复合材料为MEX‑E；将步骤S1中CF‑A加入到MEX‑E中置于55～70℃下进行预固化Ⅰ，然后在110～150℃下固化Ⅱ，得到碳纤维/环氧树脂复合材料。