[发明专利]一种AlPO4高温自修复微胶囊粘结材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高温碳纤维增强复合材料领域，具体涉及一种耐高温碳纤维增强复合材料用AlPO₄自修复微胶囊粘结材料的制备方法。

背景技术

碳纤维增强碳基或SiC基复合材料，具有耐高温、低密度、高比模、高比强、抗热震、耐腐蚀、摩擦性能好、吸振性好、热膨胀系数小等优异性能，是最有发展前途的高技术新材料之一。虽然碳纤维复合材料性能良好但有些问题仍有待进一步提高，如在高温使用过程中内部不可避免地会产生裂纹，由于这些裂纹难以被检测和得不到及时修复往往会缩短材料的使用寿命。因此在高温工作条件下消除或抑制碳纤维增强复合材料内部微裂纹的扩展对于提高材料的使用寿命及可塑性至关重要。

碳纤维增强复合材料中，由于织物和纤维的结构中含有许多的细孔(50～100μm)，是储存微胶囊的天然场所，因此，基于纤维材料微胶囊自修复材料的开发很有意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AlPO₄高温自修复微胶囊粘结材料的制备方法，此方法制备的微胶囊粘结材料可用于修复碳纤维增强复合材料因高温或者受力产生的裂纹。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：1)纳米AlPO₄的制备首先，将分析纯的Al(NO₃)₃、NH₄H₂PO₄和柠檬酸铵分别配制成1mol/L的溶液，记为A、B、C，然后将A、B、C溶液按1∶1∶(1～3)的体积比混合后于40～80℃搅拌均匀形成溶胶；然后，将配制好的溶胶在100～120℃下陈化1～3h，于150～200℃下干燥形成凝胶；最后，将上述凝胶在600～900℃下焙烧1～4h，得到白色AlPO₄纳米粉体；2)AlPO₄高温自修复微胶囊材料制备悬浮液的配制：取白色AlPO₄纳米粉体、分析纯酚醛树脂和水按AlPO₄∶酚醛树脂∶水＝(3～5g)∶(30～50g)∶(60～80ml)的比例配混合后搅拌均匀得悬浮液；喷雾干燥：取上述悬浮液采用高速离心喷雾干燥器制成球形颗粒；高温碳化处理：将球形颗粒在Ar气保护下以1300～1500℃的碳化处理，得到碳层胶囊包裹的AlPO₄微胶囊粘结材料。

高速离心喷雾干燥器的进风压力为5.5～6kg/cm，进风温度为260～380℃，进料温度为50～60℃，出风温度为70～80℃。

本发明制备的AlPO₄高温自修复微胶囊粘结材料在低温下由于表层胶囊的隔离，不起粘结作用；而在高温受压下当材料中出现裂纹时，表层胶囊就会被破坏，进而释放出胶囊内的高温粘结剂通过毛细作用扩散并铺展到损伤区，粘结裂纹面，阻止裂纹进一步扩展，从而实现材料的自修复(如图1所示)。这类似于生物体的某些特殊的自修复功能。例如，皮肤遭受创伤后，受损处的血管发生破裂，血液在破裂处流出并形成血凝块，初步连接破裂面，然后血液在受损表面结痂。当血痂内新的皮肤形成后，血痂就会自动脱落，从而生物材料就完成了其自修复的过程。使用微胶囊自修复粘结剂技术对于提高纤维复合材料的使用寿命和增加构件的安全系数具有重要意义。该AlPO₄高温自修复微胶囊粘结材料可以用于碳复合材料高温下裂纹的自修复。用法是在制备复合材料过程中将其分散在复合材料易开裂部位即可。它具有修补基体微裂纹和预防潜在危害的作用，可以延长材料的使用寿命，增加构件的安全系数。

附图说明

图1是本发明制备的自修复微胶囊粘结材料的扫描电镜(SEM)照片。

具体实施方式