靜電紡絲制備自修復(fù)功能纖維及其自愈合性能表征.pdf

1、由于復(fù)合材料受環(huán)境中熱、化學(xué)、輻射等因素的影響，無法在使用過程中長期保持理想、無缺陷的結(jié)構(gòu)，不可避免會(huì)產(chǎn)生微裂紋，而傳統(tǒng)的修復(fù)方法需耗費(fèi)大量的人力物力，且無法對(duì)材料內(nèi)部的微裂紋實(shí)現(xiàn)快速檢測和有效修復(fù)，因此，制備具有自診斷及自修復(fù)功能的復(fù)合材料已成為備受關(guān)注的熱點(diǎn)。雖然目前已報(bào)道的自修復(fù)體系多種多樣，但常見的自修復(fù)材料制備過程相對(duì)復(fù)雜、操作困難、成本高，甚至涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，極大地限制了自修復(fù)材料在航空航天、橋梁等工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。基

2、于上述原因，本文以紡絲性能優(yōu)異的聚苯乙烯為載體，常見的環(huán)氧為愈合劑，利用靜電紡絲技術(shù)制備含有愈合劑的共混及同軸兩種復(fù)合纖維，系統(tǒng)研究了靜電紡絲參數(shù)對(duì)復(fù)合纖維形貌及直徑的影響，并將兩種復(fù)合纖維嵌入聚丙烯酸酯類樹脂中，得到具有自修復(fù)功能的復(fù)合材料，且對(duì)其結(jié)構(gòu)及修復(fù)性能進(jìn)行了初步探索，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)和制備新型自修復(fù)材料提供了科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。論文主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，以聚苯乙烯/愈合劑的共混溶液為紡絲液，利用靜電紡絲技術(shù)制備了載

3、有愈合劑的共混復(fù)合纖維，通過SEM、EDS等表征手段系統(tǒng)研究了紡絲過程中聚苯乙烯濃度、聚苯乙烯/愈合劑的質(zhì)量配比、紡絲電壓、紡絲距離等參數(shù)對(duì)復(fù)合纖維形貌及直徑分布的影響規(guī)律，確定了共混復(fù)合纖維的最佳紡絲工藝為:聚苯乙烯濃度為20 wt％、聚苯乙烯與環(huán)氧的質(zhì)量配比為60/40、紡絲電壓為20kV、紡絲流量為5μL/min以及紡絲距離為14 cm。此外，對(duì)復(fù)合纖維進(jìn)行XPS、FTIR等測試結(jié)果表明，復(fù)合纖維中所載愈合劑含量隨混合紡絲溶液中環(huán)

4、氧組分的增多而明顯提高。
　　其次，以低粘度的環(huán)氧為芯層材料，28 wt％的聚苯乙烯溶液為殼層材料，利用同軸靜電紡絲技術(shù)制得具有核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維，研究了紡絲過程中環(huán)氧流速對(duì)復(fù)合纖維形貌及直徑分布的影響規(guī)律，并對(duì)核殼復(fù)合纖維進(jìn)行了成分與結(jié)構(gòu)的分析表征。研究發(fā)現(xiàn)，愈合劑成功被封裝于纖維核中，形成了理想的核殼結(jié)構(gòu)。而且當(dāng)同軸噴頭與接收裝置間的距離為16 cm，外場電壓為22 kV，28 wt％聚苯乙烯殼溶液的流速為1.5 mL/h時(shí)

5、，隨環(huán)氧流速由0μL/min增加到9μL/min，核殼復(fù)合纖維平均直徑由5.7μm增加到12.4μm，基本符合正態(tài)分布，且封裝在纖維核內(nèi)的愈合劑含量也隨之增加。利用60℃乙醇對(duì)核-殼復(fù)合纖維進(jìn)行處理，成功將纖維內(nèi)部的環(huán)氧溶出，得到了一系列孔徑大小不同的聚苯乙烯中空纖維。
　　最后，以丙烯酸酯類樹脂作為基體材料，分別將載有愈合劑的同軸及共混兩種纖維嵌入其中，制得纖維/樹脂復(fù)合材料。并對(duì)復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和愈合性能進(jìn)行了初步研究。結(jié)果