静电纺丝和溶液吹塑纳米纤维增强的自修复高分子复合材料

高分子基复合材料(PMCs),通常指用高性能纤维增强的环氧树脂,越来越多地应用于航空、航天及汽车工业领域。这些轻质结构材料相比同样尺寸的金属基材料,其重量可以减轻多达60%。除此之外还有其他的优势,诸如:高度可调的各向异性材料特性,高比强度、比刚度;良好的成型性和加工性;并且具有优越的耐腐蚀性。然而,层压高分子基复合材料的多层级结构意味着它虽然具有非常高的面内机械性能,但是在面外方向的界面结合强度及层间断裂韧性都比较低。

为避免界面失效,研究人员采用了多项技术;美国北达科他州立大学的Xiang-Fa Wu和伊利诺大学芝加哥分校的Alexander L.Yarin在他们发表于Journal of Applied Polymer Science期刊的综述中报道了静电纺丝和溶液吹塑纳米纤维用于高分子基复合材料中的研究进展,发现纳米纤维可以起到增韧和损伤自修复的作用。文章中报道将纳米纤维引入到层压高分子复合材料的超薄树脂富集界面层中,可以得到既有高强度又有高断裂韧性的纳米纤维增强界面层。Wu和Yarin也强调了加工工艺创新性的重要性。核-壳结构纳米纤维的高效、批量化生产技术的发展,意味着可以将负载自修复剂的纳米纤维用于高分子基复合材料中。这些技术促进了廉价定向界面损伤自修复的发展,同时不会带来太大的重量增加。

然而,目前依然存在许多问题,例如,这些修复过程的机理仍有待进一步研究。Wu和Yarin认为自修复的过程和修复速率以及修复过程中材料强度的保持或者恢复是未来极具吸引力也是非常重要的研究方向。

原文:Self-healing polymer composites with electrospun and solution-blown nanofibres

翻译:韩金华

About Hilary Crichton

Hilary Crichton是Journal of Applied Polymer Science的副主编

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