核-壳纳米纤维的制备及复合材料性能研究开题报告

全文总字数：5086字

1. 研究目的与意义（文献综述）

复合材料在使用过程中很容易受到低能量冲击，会使材料产生不同的破坏形式，例如基体开裂、微裂纹和分层。传统的无损检测、手动修复技术耗时大，成本高，因此复合材料的自愈合正逐步成为研究的热点。所谓自修复材料是一种新型智能材料，当材料内部发生损伤后，自修复材料会在不影响体系整体性能的前提下自行处理发生损伤的部位，延长产品的使用寿命，提升产品的安全性^[1-5]。根据自修复过程是否使用修复剂，聚合物材料( 包括聚合物基复合材料) 的自修复可分为外援型和本征型两大类。外援型自修复借助于外加修复剂实现自修复，主要包括埋植微胶囊化修复剂和埋植中空纤维化修复剂两种方法。微裂纹的破坏使微胶囊或中空纤维释放修复剂，修复剂发生化学反应，键合裂纹面，达到自修复的效果。这种方法相对比较简单，修复效果较好，但不能重复进行，而且可选用的修复剂种类有限。本征型自修复则借助于体系内存在的 diels-alder 反应、动态共价化学、双硫键反应、含有氢键的超分子结构、π-π 堆叠及离子聚合物等来完成，这些特殊的分子结构所涉及的化学反应是可逆的。本征型自修复聚合物材料的制备过程较为复杂，但这种自修复可以反复多次有效，从而延长了聚合物材料的使用寿命。现阶段使用最多的是核—壳纳米纤维含修复剂修复复合材料^[6-7]。

通常核—壳复合纤维有化学涂覆、表面化学结合、共混静电纺丝和同轴静电纺丝四种制备方法^[8].而同轴静电纺丝法则是使用最多的一种方式，其利用同轴电纺设备直接连续加工功能复合纳米纤维的一种方法，这种加工方法操作简单并且制备的功能纤维在连续性和均匀性方面都要好于其他加工方法^[9]。同轴喷头采用嵌套式双层或多层喷头，同时采用两个注射泵内外层管壁间的夹层连接至装有壳层材料的注射器，内层针头连接至装有核层材料的针头。工作时，两层液体会在喷头处形成复合液滴。由于纺丝过程中两种液体汇合时间很短，加上聚合物液体扩散系数较低，所以两层液体在固化前不会混合到一起。随着电压升高，泰勒锥逐渐形成。当超过临界电压之后，外层液体开始形成射流，剪切力通过两种液体之间的界面传递给内层液体，使内层液体被外层液体带动拉伸，形成稳定的核壳射流。射流在运动中继续拉伸固化，最终形成具有核壳结构的纳米纤维^[10-12]。

对于核-壳纳米纤维制备后，判定核-壳结构的存在通常采用sem等对核-壳纳米纤维的形貌结构和组成成分进行测试和表征，使用dsc等对核-壳纳米纤维的热性能等进行测试；确认愈合剂在纳米纤维中的成功封装通过傅里叶变换红外光谱(ftir)识别；并对制备好核-壳纳米纤维复合材料使用万能试验机对复合材料的力学性能进行探究，评价恢复的效果^[13-16]。wu等通过静电纺丝技术将液态双环戊二烯（dcpd）封装到聚丙烯腈（pan）纳米纤维中形成核壳结构，然后通过湿法铺层和真空辅助成型将核壳纳米纤维嵌入到复合材料碳纤维层间。复合材料产生裂纹时，纳米纤维破裂释放出dcpd与树脂基体中的格拉布催化剂接触反应实现自愈合过程，随后通过扫描电子显微镜验证了其愈合机理^[17]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

2.1.1材料制备

1. 内外层纺丝前驱液的调配。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-7周：了解静电纺丝机工作原理并掌握同轴静电纺丝方法。

第8-10周：配制核-壳纳米纤维纺丝液，调整纺丝参数并完成核-壳纳米纤维的制备，使用sem等对核-壳纳米纤维的形貌结构和组成成分进行测试和表征，使用dsc等对核-壳纳米纤维的热性能进行测试和表征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 杨雪勤, 张骁骅. 航空航天用复合材料的无损检测和自修复研究进展[j]. 纺织导报, 2018(s1):94-100.

[2] 申艳娇, 杨涛, 牛雪娟, et al. 外援型聚合物基自修复复合材料研究进展[j]. 玻璃钢/复合材料,2015(1):92-96.

[3] 祁恒治, 赵蕴慧, 朱孔营, et al. 自修复聚合物材料的研究进展[j]. 化学进展, 2011, 23(12):2560-2567.