一种AlPO₄高温自修复微胶囊粘结材料的制备方法

专利名称：一种AlPO₄高温自修复微胶囊粘结材料的制备方法
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(50 100 μ m)，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lmol/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°C搅拌均勻形成溶胶；然后，将配制好的 溶胶在100 120°C下陈化1 3h，于150 200°C下干燥形成凝胶；最后，将上述凝胶在 600 900°C下焙烧1 4h，得到白色AlPO4纳米粉体；2)A1P04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勻得悬浮液；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°C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°C，进料 温度为50 60°C，出风温度为70 80°C。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AIPO4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。


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。
具体实施例方式实施例1 :1)纳米A1P04的制备首先，将分析纯的A1(N03)3、NH4H2P04和柠檬酸铵分 别配制成lmol/L的溶液，记为A、B、C，然后将A、B、C溶液按1 1 1的体积比混合后于 60°C搅拌均勻形成溶胶；然后，将配制好的溶胶在100°C下陈化3h，于150°C下干燥形成凝 胶；最后，将上述凝胶在600°C下焙烧4h，得到白色A1P04纳米粉体；2)A1P04高温自修复微 胶囊材料制备悬浮液的配制取白色AlP04m米粉体、分析纯酚醛树脂和水按A1P04 酚醛 树脂水=3g 30g 60ml的比例配混合后搅拌均勻得悬浮液；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，高速离心喷雾干燥器的进风压力为5. 5kg/cm，进 风温度为260°C，进料温度为50°C，出风温度为70°C;高温碳化处理将球形颗粒在Ar气保 护下以1400°C的碳化处理，得到碳层胶囊包裹的A1P04微胶囊粘结材料。实施例2 :1)纳米A1P04的制备首先，将分析纯的A1(N03)3、NH4H2P04和柠檬酸铵分 别配制成lmol/L的溶液，记为A、B、C，然后将A、B、C溶液按1 1 3的体积比混合后于 80°C搅拌均勻形成溶胶；然后，将配制好的溶胶在110°C下陈化2h，于200°C下干燥形成凝 胶；最后，将上述凝胶在900°C下焙烧lh，得到白色A1P04纳米粉体；2)A1P04高温自修复微 胶囊材料制备悬浮液的配制取白色AlP04m米粉体、分析纯酚醛树脂和水按A1P04 酚醛 树脂水=5g 50g 70ml的比例配混合后搅拌均勻得悬浮液；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，高速离心喷雾干燥器的进风压力为6kg/cm，进风 温度为300°C，进料温度为58°C，出风温度为75°C;高温碳化处理将球形颗粒在Ar气保护 下以1300°C的碳化处理，得到碳层胶囊包裹的A1P04微胶囊粘结材料。实施例3 :1)纳米A1P04的制备首先，将分析纯的A1(N03)3、NH4H2P04和柠檬酸铵分 别配制成lmol/L的溶液，记为A、B、C，然后将A、B、C溶液按1 1 2的体积比混合后于 50°C搅拌均勻形成溶胶；然后，将配制好的溶胶在105°C下陈化lh，于180°C下干燥形成凝 胶；最后，将上述凝胶在800°C下焙烧2h，得到白色A1P04纳米粉体；2)A1P04高温自修复微 胶囊材料制备悬浮液的配制取白色AlP04m米粉体、分析纯酚醛树脂和水按A1P04 酚醛 树脂水=4g 40g 80ml的比例配混合后搅拌均勻得悬浮液；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，高速离心喷雾干燥器的进风压力为5. 8kg/cm，进 风温度为350°C，进料温度为52°C，出风温度为80°C;高温碳化处理将球形颗粒在Ar气保 护下以1500°C的碳化处理，得到碳层胶囊包裹的A1P04微胶囊粘结材料。实施例4 1)纳米A1P04的制备首先，将分析纯的A1 (N03)3、NH4H2P04和柠檬酸铵分 别配制成lmol/L的溶液，记为A、B、C，然后将A、B、C溶液按1 1 1. 5的体积比混合后 于70°C搅拌均勻形成溶胶；然后，将配制好的溶胶在120°C下陈化2h，于160°C下干燥形成凝胶；最后，将上述凝胶在700°C下焙烧3h，得到白色A1P04纳米粉体；2)A1P04高温自修复 微胶囊材料制备悬浮液的配制取白色AlP04m米粉体、分析纯酚醛树脂和水按A1P04 酚 醛树脂水3. 5g 35g 65ml的比例配混合后搅拌均勻得悬浮液；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，高速离心喷雾干燥器的进风压力为5. 6kg/cm, 进风温度为280°C，进料温度为55°C，出风温度为72°C;高温碳化处理将球形颗粒在Ar气 保护下以1350°C的碳化处理，得到碳层胶囊包裹的A1P04微胶囊粘结材料。
实施例5 :1)纳米A1P04的制备首先，将分析纯的A1(N03)3、NH4H2P04和柠檬酸铵分 别配制成lmol/L的溶液，记为A、B、C，然后将A、B、C溶液按1 1 2. 5的体积比混合后 于40°C搅拌均勻形成溶胶；然后，将配制好的溶胶在115°C下陈化lh，于190°C下干燥形成 凝胶；最后，将上述凝胶在600°C下焙烧4h，得到白色A1P04纳米粉体；2)A1P04高温自修复 微胶囊材料制备悬浮液的配制取白色AlP04m米粉体、分析纯酚醛树脂和水按A1P04 酚 醛树脂水=4. 5g 45g 75ml的比例配混合后搅拌均勻得悬浮液；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，高速离心喷雾干燥器的进风压力为5. 7kg/ cm,进风温度为380°C，进料温度为60°C，出风温度为78°C ；高温碳化处理将球形颗粒在Ar 气保护下以1450°C的碳化处理，得到碳层胶囊包裹的A1P04微胶囊粘结材料。
权利要求
一种AlPO4高温自修复微胶囊粘结材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤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。
2.根据权利要求1所述的AlPO4高温自修复微胶囊粘结材料的制备方法其特征在于 所说的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°C，进料温 度为50 60°C，出风温度为70 80°C。
全文摘要
一种AlPO4高温自修复微胶囊粘结材料的制备方法，将分析纯的Al(NO3)3、NH4H2PO4和柠檬酸铵分别制成溶液后将各自的溶液混合均匀形成溶胶；将溶胶陈化干燥形成凝胶；将凝胶焙烧得白色AlPO4纳米粉体；取白色AlPO4纳米粉体、分析纯酚醛树脂和水混合后搅拌均匀得悬浮液；取上述悬浮液采用高速离心喷雾干燥器制成球形颗粒；将球形颗粒在Ar气保护下碳化处理，得到碳层胶囊包裹的AlPO4微胶囊粘结材料。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。
文档编号B01J13/04GK101844060SQ201010182100
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者吴建鹏, 姚春燕, 曹丽云, 杨文冬, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学