本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種含中空脈管的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備方法。

背景技術(shù)：

在自然界的生命系統(tǒng)中，存在許多精巧的高承載性能生物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，它們往往含有許多脈管結(jié)構(gòu)。承載的生物材料脈管化后獲得許多重要的功能，脈管中具有用于營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)和信號(hào)傳感的液體，使得這些材料可以進(jìn)行損傷感應(yīng)和組織修復(fù)，同時(shí)可以承擔(dān)多重功能，如傷口愈合、營(yíng)養(yǎng)傳輸、細(xì)胞廢物清除和熱循環(huán)等功能。

相比之下，目前在武器裝備和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(Fiber reinforced polymer composites，F(xiàn)RP)卻不具備自然生命系統(tǒng)的自感應(yīng)和自修復(fù)等諸多功能能力。FRP存在著增強(qiáng)纖維，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在其中引入脈管面臨巨大的挑戰(zhàn)。有多種方式可以在聚合物中構(gòu)建脈管網(wǎng)絡(luò)，如：激光刻蝕、靜電放電、揮發(fā)油墨直寫(direct-ink writing of fugitive inks)和中空玻璃纖維(Hollow glass fiber，HGF)、熔融或者人工去除預(yù)埋線和犧牲組分揮發(fā)(Vaporization of Sacrificial Components，VaSC)等。其中一部分如激光刻蝕、靜電放電、揮發(fā)油墨直寫(direct-ink writing of fugitiveinks)難以用于含有纖維的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，而在復(fù)合材料中引入中空玻璃纖維，而且HGF作為異質(zhì)物存在材料體系中，其修復(fù)觸發(fā)需要較大能量閾值，對(duì)裂紋不敏感，同時(shí)對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能影響較大。而采用VaSC方法，需要進(jìn)行犧牲線的預(yù)處理工藝，后續(xù)在較高溫度下對(duì)犧牲線進(jìn)行分解揮發(fā)處理，工藝時(shí)間長(zhǎng)，工藝復(fù)雜。而目前采用人工去除預(yù)埋線方法，是將可去除的預(yù)埋線放入干纖維的層間，加入樹脂固化成型后將預(yù)埋線去除；或者是將預(yù)埋線放入預(yù)浸料的層間，固化后去除預(yù)埋線。去除預(yù)埋線方法簡(jiǎn)單，能夠與液體成型、熱壓罐和真空袋成型等很多種現(xiàn)有的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料成型方法結(jié)合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出將尼龍線作為預(yù)埋線來制備含一維脈管的纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的方法，通過合理的預(yù)處理和升溫制度控制，可以用于纖維增強(qiáng)中溫、高溫環(huán)氧樹脂復(fù)合材料形成一維脈管。該方法簡(jiǎn)單易行，可以應(yīng)用于液體成型、熱壓罐和真空袋等多種FRP復(fù)合材料制備方法，得到的含一維脈管環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。該含一維中空脈管復(fù)合材料可以在其中引入化學(xué)反應(yīng)液體或者導(dǎo)電導(dǎo)磁的液體，從而用于復(fù)合材料自感應(yīng)、自修復(fù)或者調(diào)制其電磁性能。

本發(fā)明的含脈管的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備方法，該方法在尼龍線表面涂覆一定脫模劑并放置一段時(shí)間后，將尼龍線放入干纖維織物中并注入環(huán)氧樹脂后按照一定升溫制度固化，或者將尼龍線放入環(huán)氧樹脂預(yù)浸料鋪層中按照一定升溫制度進(jìn)行真空袋或者熱壓罐固化；固化后，將預(yù)埋線從復(fù)合材料中拔出。

進(jìn)一步地，所述尼龍線的直徑范圍是100-500微米。

進(jìn)一步地，所述環(huán)氧樹脂是中溫固化環(huán)氧樹脂，固化溫度80℃，或者是高溫固化環(huán)氧樹脂，固化溫度為120℃-180℃。

進(jìn)一步地，對(duì)于130℃以下固化的環(huán)氧樹脂其固化的升溫制度與材料標(biāo)準(zhǔn)要求一致；對(duì)于高于130℃的環(huán)氧樹脂其升溫制度是：以1.5℃/min的升溫速率升至120-160℃范圍內(nèi)的特定溫度，保溫2h，進(jìn)一步以1.5℃/min升至最終保溫溫度，按照其材料標(biāo)準(zhǔn)要求保溫相應(yīng)時(shí)間。

進(jìn)一步地，所述環(huán)氧樹脂是纖維增強(qiáng)的，其纖維的形態(tài)是織物或者單向纖維，纖維的材質(zhì)是碳纖維或者玻璃纖維。

本發(fā)明的有益效果是：該方法簡(jiǎn)單易行，能夠得到孔徑均勻，管壁光滑的含一維脈管纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，通過升溫制度調(diào)整可以用于室溫固化至180℃固化的環(huán)氧樹脂體系，可以應(yīng)用于液體成型、熱壓罐和真空袋等多種FRP復(fù)合材料制備方法。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步作具體說明，但本發(fā)明不局限于此。

下述實(shí)例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；下述實(shí)例中所用的試劑和材料等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。

實(shí)施例1含一維中空脈管的130℃固化玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備

將預(yù)浸料按照如下設(shè)定的鋪層順序進(jìn)行鋪貼：尼龍線(Nylon)的位置為[0/0/0/0/Nylon/0/0/0/0]，預(yù)埋線的直徑為100-500μm。在設(shè)定層間中加入預(yù)埋線，預(yù)埋線間隔1mm-20mm，然后繼續(xù)鋪貼設(shè)定鋪層的玻璃織物增強(qiáng)環(huán)氧樹脂(SW280/3218)預(yù)浸料，采用熱壓罐工藝成型復(fù)合材料。熱壓罐固化工藝為：室溫抽真空，真空度不小于-0.095MPa，加熱至60℃，保溫0.5h，加壓0.3MPa,以1.5℃/min的升溫速率升溫至130℃，恒溫2h，自然冷卻至60℃以下出罐。將預(yù)埋線從復(fù)合材料中拔出，得到含一維中空脈管的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料

實(shí)施例2含一維中空脈管的130℃固化碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備

將預(yù)浸料按照如下設(shè)定的鋪層順序進(jìn)行鋪貼：尼龍線(Nylon)的位置[0/0/0/0/0/0/0/0/Nylon/0/0/0/0/0/0/0/0]，預(yù)埋線的直徑為100-500μm。在設(shè)定層間中加入預(yù)埋線，預(yù)埋線間隔1-20mm，然后繼續(xù)鋪貼設(shè)定鋪層的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂單向帶(LT-03A/T700)，采用熱壓罐工藝成型復(fù)合材料。熱壓罐固化工藝為：室溫抽真空，真空度不小于-0.095MPa，加熱至40℃，加壓0.4MPa,以1.5℃/min的升溫速率升溫至130±5℃，恒溫2h，自然冷卻至60℃以下出罐。將預(yù)埋線從復(fù)合材料中拔出，得到含一維中空脈管的中溫固化碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

實(shí)施例3含一維中空脈管的180℃固化碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備

將預(yù)浸料按照如下設(shè)定的鋪層順序進(jìn)行鋪貼：尼龍線(Nylon)的位置[0/0/0/0/0/0/0/0/Nylon/0/0/0/0/0/0/0/0]，預(yù)埋線的直徑為100-500μm。在設(shè)定層間中加入預(yù)埋線，預(yù)埋線間隔1-20mm，兩層預(yù)埋線錯(cuò)開2-10mm，繼續(xù)鋪貼設(shè)定鋪層的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂(BA3202)預(yù)浸料，采用熱壓罐工藝成型復(fù)合材料。熱壓罐固化工藝為：室溫抽真空，真空度不小于-0.095MPa，加熱至60℃，保溫0.5h，加壓0.3MPa，以1.5℃/min的升溫速率升溫至120℃-160℃范圍內(nèi)的特定溫度，恒溫1-3h，繼續(xù)以以1.5℃/min的升溫速率升溫至150℃-190℃范圍內(nèi)的特定溫度，恒溫1-3h，自然冷卻至60℃以下出罐。將預(yù)埋線從復(fù)合材料中拔出，得到含一維中空脈管的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

實(shí)施例4含一維中空脈管的130℃固化玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的真空袋法制備

將預(yù)浸料按照如下設(shè)定的鋪層順序進(jìn)行鋪貼：尼龍線(Nylon)的位置[0/0/0/0/Nylon/0/0/0/0]，預(yù)埋線的直徑為100μm-500μm。在設(shè)定層間中加入預(yù)埋線，預(yù)埋線間隔1-20mm，繼續(xù)鋪貼設(shè)定鋪層的玻璃織物增強(qiáng)環(huán)氧樹脂(SW280/3218)預(yù)浸料，采用真空袋工藝成型復(fù)合材料。真空袋的固化工藝為：室溫抽真空，真空度不小于-0.095MPa，40min升溫至130℃，恒溫2h，自然冷卻至60℃以下，打開真空袋。將預(yù)埋線從復(fù)合材料中拔出，得到含一維中空脈管的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。