一種利用靜電紡絲法制備自愈合復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種利用靜電紡絲法制備自愈合復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物材料以及其復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能在高新技術(shù)領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。這些材料在使用過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生損傷，無(wú)論宏觀的損傷還是微觀的損傷都會(huì)導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降，降低使用壽命，甚至?xí)斐刹豢深A(yù)料的損失。雖然采用傳統(tǒng)的人工修復(fù)技術(shù)如膠粘貼補(bǔ)、樹脂注射等可以對(duì)復(fù)合材料表面產(chǎn)生的裂紋或其他宏觀破壞進(jìn)行修復(fù)，對(duì)維持材料性能起一定作用，但發(fā)生在材料內(nèi)部的破壞尤其是早期損傷常常是肉眼甚至現(xiàn)有的各種表征方法都難以探測(cè)到的，修復(fù)更是無(wú)從談起。受生物體損傷后自動(dòng)愈合的啟發(fā)，科學(xué)家們提出了“自修復(fù)材料”的概念。自修復(fù)材料是這樣一類機(jī)敏材料:對(duì)外界造成的可見或不可見裂紋，材料能夠自動(dòng)或者在外界刺激下進(jìn)行修復(fù)，使微裂紋基本愈合，能夠繼續(xù)維持材料的基本性能，延長(zhǎng)材料的使用壽命。仿生自修復(fù)概念由上世紀(jì)八十年代提出，相關(guān)研宄在最近十年發(fā)展迅速。根據(jù)自修復(fù)過(guò)程是否使用修復(fù)劑，聚合物材料(包括聚合物基復(fù)合材料)的自修復(fù)可以分為外援型和本征型兩大類。外援型自修復(fù)是指借助于外加修復(fù)劑來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)性能，主要包括埋植微膠囊化修復(fù)劑和埋植中空纖維化修復(fù)劑兩大類，是通過(guò)在基體材料中埋植含有液體修復(fù)劑的微膠囊或者液芯纖維而制得，制備時(shí)要考慮外加材料與基體材料的相容性。這兩種自修復(fù)材料加工工藝日漸成熟，材料種類也逐漸增多，在聚合物材料的自愈合領(lǐng)域表現(xiàn)出了一定的應(yīng)用潛力。但一般常見的自修復(fù)材料制備過(guò)程仍然比較繁瑣，操作相對(duì)困難，甚至涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，并且制作成本較高。最重要的是制得的具有自愈合功能的微膠囊或纖維尺寸偏大，從而降低了復(fù)合材料的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是如何用簡(jiǎn)單易行的方法制備自愈合復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的自愈合性能的同時(shí)不影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用靜電紡絲法制備自愈合復(fù)合材料的方法。
[0005]本發(fā)明所提供的利用靜電紡絲法制備自愈合復(fù)合材料的方法，包括下述:
[0006]I)將可紡性聚合物和液體愈合劑溶解在揮發(fā)性溶劑中，得到可紡性聚合物和愈合劑的共混溶液；接著將所述可紡性聚合物和愈合劑的共混溶液進(jìn)行靜電紡絲，得到可紡性聚合物/愈合劑復(fù)合纖維；最后使所述可紡性聚合物/愈合劑復(fù)合纖維快速通過(guò)固化劑稀溶液，在室溫下固化，使得所述可紡性聚合物/愈合劑復(fù)合纖維外表面的愈合劑與固化劑發(fā)生反應(yīng)，從而得到表面有殼層的可紡性聚合物/愈合劑復(fù)合纖維；
[0007]2)將可紡性聚合物和所述固化劑溶解在揮發(fā)性溶劑中，得到可紡性聚合物和固化劑的共混溶液；接著將所述可紡性聚合物和固化劑的共混溶液進(jìn)行靜電紡絲，得到可紡性聚合物/固化劑復(fù)合纖維；
[0008]3)將所述表面有殼層的可紡性聚合物/愈合劑復(fù)合纖維與所述可紡性聚合物/固化劑復(fù)合纖維疊放形成纖維膜，澆注可固化樹脂材料，重復(fù)上述鋪膜、樹脂澆注過(guò)程，得到纖維/樹脂復(fù)合材料，將所得復(fù)合材料固化，即得所述自愈合復(fù)合材料。
[0009]上述方法中，所述可紡性聚合物為同種或不同種聚合物，所述聚合物為人工合成的或天然的聚合物，所述聚合物選自下述至少一種:聚苯乙烯(分子量為10000-250000)、聚丙烯腈(分子量為10000-150000)、聚氨酯(分子量為10000-80000)、聚乙烯醇-聚碳酸亞丙酯(分子量為10000-100000)、聚乙烯醇(分子量為12000-300000)、聚己內(nèi)酯(分子量為10000-80000)、乳酸己內(nèi)酯共聚物(分子量為20000-120000)、聚乙交酯丙交酯(分子量為100000-450000)、聚丙交酯(分子量為80000-240000)、聚乙二醇(分子量為5000-20000)、聚甲基丙烯酸甲酯(分子量為35000-250000)、聚乙烯吡咯烷酮(分子量為500000-1200000)、聚苯胺(分子量為 20000-100000)、聚醚砜(分子量為 50000-100000)、聚乳酸(分子量150000-500000)、聚氧化乙烯(分子量為100000-600000)、聚氯乙烯(分子量為50000-120000)、殼聚糖(分子量為200000-500000)、聚偏氟乙烯(分子量為400000-600000)、聚酰亞胺(分子量為40000-60000)、聚酰胺(分子量為5000-20000)和聚丙烯(分子量為80000-150000)。
[0010]上述方法步驟I)中，所述液體愈合劑選自下述至少一種:二環(huán)戊二烯、聚二甲基硅氧烷、液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂、液態(tài)雙酚F型環(huán)氧樹脂、液態(tài)雙酚AD型環(huán)氧樹脂、間苯二酚型環(huán)氧樹脂、對(duì)叔丁基苯基1_(2，3-環(huán)氧)丙基醚、羥甲基雙酚A型環(huán)氧樹脂、液態(tài)縮水甘油酯型環(huán)氧樹脂、縮水甘油醚、NOA76膠水、α，ω- 二氯多乙烯基硅氧烷和聚二乙氧基硅烷和氰基丙烯酸酯。
[0011]上述方法步驟I)中，所述揮發(fā)性溶劑為上述可紡性聚合物和愈合劑共同的良溶劑；所述揮發(fā)性溶劑具體可為:二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等。
[0012]所述可紡性聚合物和愈合劑的共混溶液中，所述愈合劑與可紡性聚合物的質(zhì)量比為 10/90-64/40，具體可為 36/60、30/50。
[0013]所述可紡性聚合物和愈合劑的共混溶液中，所述可紡性聚合物與溶劑的質(zhì)量比為5/95-5/12，具體可為 5/95,4.5/20,5/20 或 5/12。
[0014]上述方法步驟I)中，所述靜電紡絲的工藝條件為:紡絲電壓為10-30KV，具體可為20KV ;紡絲接收距離為8-20cm，具體可為13cm ;紡絲液的流速為0.02ml/min-l μ I/min，具體可為0.0lml/min ;紡絲針頭內(nèi)徑為0.39mm-1.5mm，具體可為0.39mm ;紡絲溫度為17-28°C，紡絲溫度具體可為25°C ;空氣濕度為50% -80%，空氣濕度具體可為60%。
[0015]制備得到的表面有殼層的可紡性聚合物/愈合劑復(fù)合纖維的直徑為0.1-3.2 μπι，具體可為 0.97 μ m、0.98 μ m、1.08 μ m、1.13 μ m、1.15 μ m 或 1.18 μ m。
[0016]上述方法步驟I)和2)中，所述固化劑根據(jù)所用液體愈合劑的種類進(jìn)行選擇，只要能促進(jìn)所述液體愈合劑發(fā)生反應(yīng)即可。
[0017]當(dāng)所述液體愈合劑為聚二甲基硅氧烷(SYLGARD184)時(shí)，所述固化劑為SYLGARD184Curing agent。
[0018]上述方法步驟2)中，所述可紡性聚合物和固化劑的共混溶液中，所述固化劑與可紡性聚合物的質(zhì)量比為3/90-25/40，具體可為12/60。
[0019]所述可紡性聚合物和固化劑的共混溶液中，所述可紡性聚合物與溶劑的質(zhì)量比為5/95-5/12。
[0020]上述方法步驟2)中，所述靜電紡絲的工藝條件為:紡絲電壓為10-30KV，紡絲接收距離為8-20cm，紡絲液的流速為0.02ml/min-l μ 1/min，紡絲針頭內(nèi)徑為0.39mm-1.5mm，紡絲溫度為17-28 °C，空氣濕度為50% -80%。
[0021]制備得到的可紡性聚合物/固化劑復(fù)合纖維的直徑為0.07-2.6 μπι。
[0022]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的效果在于:本發(fā)明采用的是將可紡性聚合物與液體愈合劑均溶解于強(qiáng)揮發(fā)性的有機(jī)溶劑中形成均勻的混合紡絲液，然后對(duì)混合紡絲溶液進(jìn)行靜電紡絲制得可紡性聚合物/愈合劑復(fù)合纖維，不僅纖維結(jié)構(gòu)完整，直徑分布均勻，而且制備過(guò)程簡(jiǎn)單，時(shí)間短，成本低，最重要的是成功將聚合物的優(yōu)異可紡性和愈合劑的自修復(fù)性能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了性能互補(bǔ)。當(dāng)內(nèi)部含有該自愈合復(fù)合纖維的聚合物在使用過(guò)程中出現(xiàn)微裂紋時(shí)，聚合物內(nèi)部的纖維會(huì)發(fā)生斷裂，在受熱的條件下封鎖在纖維微孔中的愈合劑與封鎖在另一纖維微孔中的固化劑會(huì)在裂紋處釋放并發(fā)生反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料微裂紋的自愈合，該自愈合復(fù)合材料可成為極具應(yīng)用前景的自修復(fù)人工材料，特別是應(yīng)用于一般材料所無(wú)法勝任的領(lǐng)域，如:高空探索，深海潛航，乃至人造器官移植等。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的聚苯乙烯/液體環(huán)氧樹脂復(fù)合纖維的數(shù)碼相機(jī)照片。
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的聚苯乙烯/液體環(huán)氧樹脂復(fù)合纖維的掃描電鏡照片。
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的聚苯乙烯/液體環(huán)氧樹脂復(fù)合纖維的熒光顯微鏡照片。
[0026]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的纖維/樹脂復(fù)合材料表觀裂紋愈合后的掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不局