[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

权利要求书

1.一种具有自修复的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，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睛上：将上述CF-O置入溶剂Ⅰ中，再加入六氯环三磷睛与缚酸剂三乙胺，在30～60℃下搅拌反应，用相应溶剂Ⅰ洗涤碳纤维后干燥，获得六氯环三磷睛接枝的碳纤维，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，将马来酸酐与醇胺按质量比为(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。

2.根据权利要求1所述的具有自修复的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1(3)中所述CF-H、带有呋喃基团的糠胺或糠醇和三乙胺的质量比为5：(2～4)：(3～6)；步骤S1(1)中所述碳纤维与浓硝酸的质量比为1：(8～14)；步骤S1(2)中所述溶剂Ⅰ为乙腈、四氢呋喃或乙酸乙酯；所述CF-O、六氯环三磷睛和三乙胺的质量比为5：(3～5)：(2～3)；步骤S1(3)中所述溶剂Ⅱ为乙腈、1，4-二氧六环或乙酸乙酯。

3.根据权利要求1所述的具有自修复的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1(1)中所述表面氧化处理的时间为1～2h，步骤S1(2)中所述搅拌反应的时间为8～14h，步骤S1(3)中所述搅拌反应的时间为8～16h，所述洗涤的次数为3～5次，所述干燥的时间为4～8h。

4.根据权利要求1所述的具有自修复的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2(1)中所述搅拌反应的时间为15～60min，步骤S2(2)中所述反应的时间为60～180min，步骤S2(3)中所述反应的时间为3～5h。

5.根据权利要求1所述的具有自修复的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2(3)中所述氢氧化钠水溶液的质量浓度为20～50wt％；所述卤代环氧烷为环氧氯丙烷或环氧溴丙烷。

6.根据权利要求1所述的具有自修复的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2(1)中所述醇胺为乙醇胺、丁醇胺或己醇胺；所述马来酸酐与乙醇胺质量比为1：2；马来酸酐与丁醇胺质量比为25：4；马来酸酐与己醇胺质量比为25：4；所述马来酸酐与对氨基苯酚的质量比为20：(3～4)。

7.根据权利要求1所述的具有自修复的碳纤维/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2(2)中所述体系A中马来酸酐与醋酸酐，四水合醋酸镍和三乙胺的质量比为(0.5～2)：(8～10)：5：5；步骤S2(3)中所述马来酰亚胺衍生物与卤代环氧烷的质量比为(3～5)：(5～7)，所述氢氧化钠水溶液中氢氧化钠与卤代环氧烷的质量比为(4～6)：(5～8)。