一种添加微胶囊自修复层的纤维金属层板及其制备方法技术

本发明专利技术为一种添加微胶囊自修复层的纤维金属层板及其制备方法，包括金属基体层

【技术实现步骤摘要】
一种添加微胶囊自修复层的纤维金属层板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纤维金属层板
，特别是涉及一种添加微胶囊自修复层的纤维金属层板及其制备方法，增强纤维金属层板层间增韧效果，该纤维金属层板具有较高的韧性和疲劳寿命
。

技术介绍

[0002]航空航天材料目前正向着低密度
、
高比强度和更好的抗疲劳强度发展，而合金类材料的疲劳强度较差，复合材料由于铺层方式不同而具有各向异性，因此对于疲劳损伤不敏感但是耐冲击性能较差
。
纤维金属层板结合了金属材料与纤维复合材料的优点，抗冲击
、
耐疲劳性能优异
。
[0003]由于纤维金属层板本质上是一种超混杂的复合材料，在界面粘结力不足或者外部剪切应力作用下，纤维金属层板可能会出现金属基体层和纤维层脱粘的情况，金属基体层与纤维预浸料层分离是纤维金属层板主要失效形式之一
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种添加微胶囊自修复层的纤维金属层板的制备方法，通过添加微胶囊来改善金属基体层与纤维层的层间粘结效果
。
[0005]本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是，提供了一种添加微胶囊自修复层的纤维金属层板，包括金属基体层
、
界面增强薄膜层和纤维预浸料层，其特征在于，所述纤维金属层板还包括微胶囊涂层，层板采用金属基体层
/
界面增强薄膜层
/
微胶囊涂层
/<br/>纤维预浸料层
/
微胶囊涂层
/
界面增强薄膜层
/
金属基体层的结构进行交替铺层
。
[0006]纤维金属层板中纤维铺设角度为0°
、90
°
、
±
45
°
；
[0007]所述金属基体层为铝合金
、
镁合金
、
钛合金中的至少一种，厚度不大于
0.5
毫米；
[0008]所述纤维预浸料层由纤维和树脂构成，所述纤维为玻璃纤维
、
碳纤维
、
芳纶纤维中的至少一种；所述树脂为热固性环氧树脂；
[0009]所述界面增强薄膜层采用可塑性材料，包括聚合物薄膜或者聚合物基复合材料；
[0010]所述微胶囊涂层3由喷涂或者涂覆方式均匀地覆盖在纤维预浸料层4的正反面上，所述微胶囊涂层由微米级微胶囊通过搅拌或超声分散在环氧树脂基清漆中再经过喷涂或涂覆形成；所述微米级微胶囊为球形，且为核壳结构
。
[0011]所述微米级微胶囊的平均直径为2‑5μ
m
，微米级微胶囊在环氧树脂基清漆中无团聚现象，能够均匀分散在纤维预浸料层上
。
[0012]所述微胶囊内封装化合物为异氰酸酯
(IPDI)
，胶囊壳材质为聚氨酯，微米级微胶囊占环氧树脂基清漆的质量分数为1‑
5wt
％，优选质量分数为
1.5wt
％；所述微胶囊涂层厚度为几十微米；当在外界应力作用下，界面层出现裂纹破坏时，微胶囊破裂，其内部自愈合物质
—
异氰酸酯
(IPDI)
被释放出来，异氰酸酯
(IPDI)
中的异氰基
(NCO)
与微胶囊涂层中的
环氧树脂中的环氧基发生加成反应，形成尿素键或者尿酰基键；当异氰酸酯与环氧树脂接触时，异氰酸酯中的
NCO
基团与环氧树脂中的环氧基发生反应，产生化学键；反应后，异氰酸酯与环氧树脂发生化学结合，形成一个新的交联网络，从而达到修补环氧树脂基质的目的，同时破碎的微胶囊壳还能在结构弯曲时在纵向上促进嵌锁效应
。
[0013]在层板受到剪切拉伸或者压缩载荷时，添加的微胶囊涂层会提供额外的粘结力保护，微胶囊通过机械刺激打开，其中封装的修复剂会释放到微胶囊涂层中或者相邻层的界面结合处，通过填补裂纹形成类榫卯结构来抑制裂纹传播并且通过在界面结合处形成新的粘结层，促进裂隙粘合来抵抗外部机械载荷破坏致使的分层脱粘情况
。
[0014]本专利技术还保护一种添加微胶囊自修复层的纤维金属层板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0015]1)
金属基体的处理：对金属基体进行脱油处理，接着，使用细砂纸和粗砂纸进行打磨，提高金属基体的表面粗糙度，增大粘接面积；
[0016]2)
纤维预浸料层的选择：选择环氧树脂基纤维预浸料，界面增强薄膜层选择具有良好热稳定性和化学稳定性的聚酰亚胺薄膜；
[0017]3)
微胶囊的制备：采用微乳液体系结合界面聚合工艺制备聚氨酯微胶囊，包括：
[0018]预聚体制作：准备质量比例为1：
6.5
：
0.2
的对甲苯二异氰酸酯
、
环己酮
、
丁二醇，将对甲苯二异氰酸酯溶解于环己酮中，在缓慢倒入丁二醇的同时对溶液进行
60
‑
80℃
的加热搅拌，待充分反应后，蒸馏得到预聚体；
[0019]将异佛尔酮二异氰酸酯
(IPDI)
作为芯材和预聚体按
3.5
：1的比例溶解在乙酸乙酯中，形成油相，并进行充分搅拌；
[0020]将去离子水和乳化剂混合并充分搅拌，形成乳液；
[0021]将油相以加入乳液中，形成水包油型
(O/W)
乳化体系；
[0022]然后缓慢加入丁二醇，将整个体系升温至
60℃
并以
1500
转
/
分钟搅拌
1.5
小时，得到微胶囊悬浮液；
[0023]经过洗涤
、
抽滤和真空干燥后，得到直径为2～5μ
m
的微胶囊试样；
[0024]4)
微胶囊涂层的制备：将微胶囊试样与环氧树脂基清漆混合，其中微胶囊试样所占的质量分数为
1.5wt
％，混合之后将其涂覆于纤维预浸料层上，并干燥；
[0025]5)
成形与固化：将含有微胶囊涂层的纤维预浸料层与聚酰亚胺薄膜和金属基体放置于真空袋中，进行热压固化，直至形成所需的形状，获得添加微胶囊自修复层的纤维金属层板
。
[0026]所述热压固化温度为
130
‑
140℃
，所施加的压力不会造成微胶囊壳体破裂或
IPDI
芯材泄露
。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028]本专利技术创造性地提出了关于纤维金属层板新的铺层结构，在界面增强层与纤维预浸料之间涂覆一层含有微胶囊的微胶囊涂层
。
所述微胶囊涂层中含有质量分数合适
(
本实施例采用质量分数比为...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种添加微胶囊自修复层的纤维金属层板，包括金属基体层
、
界面增强薄膜层和纤维预浸料层，其特征在于，所述纤维金属层板还包括微胶囊涂层，层板采用金属基体层
/
界面增强薄膜层
/
微胶囊涂层
/
纤维预浸料层
/
微胶囊涂层
/
界面增强薄膜层
/
金属基体层的结构进行交替铺层
。2.
根据权利要求1所述的纤维金属层板，其特征在于，纤维金属层板中纤维铺设角度为0°
、90
°
、
±
45
°
；所述金属基体层为铝合金
、
镁合金
、
钛合金中的至少一种，厚度不大于
0.5
毫米；所述纤维预浸料层由纤维和树脂构成，所述纤维为玻璃纤维
、
碳纤维
、
芳纶纤维中的至少一种；所述树脂为热固性环氧树脂；所述界面增强薄膜层采用可塑性材料，包括聚合物薄膜或者聚合物基复合材料；所述微胶囊涂层由喷涂或者涂覆方式均匀地覆盖在纤维预浸料层的正反面上，所述微胶囊涂层由微米级微胶囊通过搅拌或超声分散在环氧树脂基清漆中再经过喷涂或涂覆形成；所述微米级微胶囊为球形，且为核壳结构
。3.
根据权利要求1所述的纤维金属层板，其特征在于，所述微米级微胶囊的平均直径为2‑5μ
m
，微米级微胶囊在环氧树脂基清漆中无团聚现象，能够均匀分散在纤维预浸料层上
。4.
根据权利要求1所述的纤维金属层板，其特征在于，所述微胶囊内封装化合物为异氰酸酯
(IPDI)
，胶囊壳材质为聚氨酯，微米级微胶囊占环氧树脂基清漆的质量分数为1‑
5wt
％，优选质量分数为
1.5wt
％；所述微胶囊涂层厚度为几十微米；当在外界应力作用下，界面层出现裂纹破坏时，微胶囊破裂，其内部自愈合物质
—
异氰酸酯
(IPDI)
被释放出来，异氰酸酯
(IPDI)
中的异氰基
(NCO)
与微胶囊涂层中的环氧树脂中的环氧基发生加成反应，形成尿素键或者尿酰基键；当异氰酸酯与环氧树脂接触时，异氰酸酯中的
NCO
基团与环氧树脂中的环氧基发生反应，产生化学键；反应后，异氰酸酯与环氧树脂发生化学结合，形成一个新的交联网络，从而达到修补环氧树脂基质的目的，同时破碎的微胶囊壳还能在结构弯曲时在纵向上促进嵌锁效应
。5.
根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀，崔佳辰，李世杰，胡宁，赵丽滨，郑四发，张云华，张绍君，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：