摻雜微膠囊的自修復(fù)復(fù)合材料在可變溫度場(chǎng)下修復(fù)性能研究.pdf

1、低溫推進(jìn)系統(tǒng)能夠很好的滿足航天任務(wù)中需要具有高比沖、低重復(fù)啟動(dòng)次數(shù)、便于空間環(huán)境長(zhǎng)期貯運(yùn)等性能要求，因此低溫推進(jìn)系統(tǒng)成為未來(lái)航天飛行器動(dòng)力系統(tǒng)的研究重點(diǎn)。然而，低溫推進(jìn)系統(tǒng)所使用的復(fù)合材料壓力容器(COPVS)的可靠性和可重復(fù)使用性的問(wèn)題值得關(guān)注，尤其是在低溫使用過(guò)程中。微裂紋作為材料性能損傷的導(dǎo)火索，微裂紋的產(chǎn)生會(huì)影響材料的力學(xué)性能，使得包括強(qiáng)度、硬度等性能大幅度降低。此外，微裂紋的存在會(huì)導(dǎo)致氣體滲透和泄露，這限制了COPVS在未來(lái)可

2、重復(fù)使用的運(yùn)輸工具上的應(yīng)用。本論文通過(guò)設(shè)計(jì)一種摻雜微膠囊的自修復(fù)材料，實(shí)現(xiàn)材料在交變溫度場(chǎng)下的自修復(fù)，這種自修復(fù)材料在未來(lái)的航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本論文的工作建立在微膠囊的合成及表面改性的基礎(chǔ)之上。采用原位聚合法制備出以脲醛樹(shù)脂為壁材、環(huán)氧樹(shù)脂E-51為芯材的自修復(fù)用微膠囊。在此基礎(chǔ)之上對(duì)微膠囊表面進(jìn)行改性，分析了KH550處理微膠囊表面的的原理和具體實(shí)驗(yàn)方法，并對(duì)KH550處理后的微膠囊進(jìn)行紅外光譜(IR)分析、

3、X射線光電子能譜分析(XPS)等，證明 KH550成功包覆在微膠囊表面。將碳納米管進(jìn)行酸化，通過(guò)XPS等表征方法證明在碳納米管表面引入-COOH。利用碳納米管表面的-COOH和KH550處理后微膠囊表面帶有的-NH2進(jìn)行反應(yīng)，將碳納米管接枝在微膠囊表面，通過(guò)XPS和SEM等對(duì)表面接枝碳納米管的微膠囊進(jìn)行分析和表征，證明酸化后的碳納米管通過(guò)化學(xué)反應(yīng)接枝在微膠囊表面。
　　為了使材料能夠在交變溫度場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)自修復(fù)功能，材料體系選擇為二元

4、自修復(fù)體系。首先需要選擇一種合適的潛伏性固化劑，確保材料在低溫狀態(tài)下具有較長(zhǎng)的保質(zhì)期限，通過(guò)對(duì)潛伏性固化劑的固化機(jī)理分析，最終確定采用2MZ-Azine作為潛伏性固化劑，修復(fù)體系由修復(fù)劑環(huán)氧樹(shù)脂微膠囊和潛伏性固化劑2MZ-Azine作組成。對(duì)摻雜微膠囊的自修復(fù)復(fù)合材料進(jìn)行低溫下靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果表明，表面接枝碳納米管的微膠囊對(duì)基體力學(xué)性能影響較小，使用KH550處理的微膠囊次之，未處理的微膠囊對(duì)基體材料力學(xué)性能影響最大。對(duì)三種不同微