DOI: 10.1016/j.compscitech.2022.109577

本工作制备了基于热固性-热塑性核壳纳米纤维的快速自愈碳纤维/环氧树脂复合材料，以提高自愈复合材料的愈合效率和愈合响应性。在热塑性共聚酰胺（PA）壳的熔融温度与包封环氧树脂固化剂的固化温度相匹配的前提下，采用同轴静电纺丝法制备了核壳纳米纤维。层间断裂后，熔化的PA壳在愈合温度下破裂并释放所有核。PA的热膨胀为愈合提供了额外的驱动力。因此，核壳共同作为愈合剂，迅速填充受损区域，实现充分的愈合潜力。核壳纳米纤维的掺入使抗弯强度提高了16.11%，损伤的复合材料在130℃下愈合20min后达到了89.96%的恢复率。分层表面表明了核壳纳米纤维的增韧和愈合机理。此外，还详细讨论了沉积时间对愈合效率的影响。

图1.基于PA核壳纳米纤维的自愈合复合材料示意图：（a）PA核壳纳米纤维的制备，（b）自愈合复合材料，（c）准静态压痕试验，（d）PA核壳纳米纤维修复了层间损伤。

图2.准静态压痕和三点弯曲试验的损伤位置和尺寸。

图3.PA和环氧树脂基体在加热温度下的潜在反应。

图4.（a,b）纯PA纳米纤维、（c,d）环氧树脂-PA纳米纤维和（e,f）硫醇-PA纳米纤维的SEM图像及其直径分布。纯PA纳米纤维是通过将无核材料（VCore:VShell=0:1）注入内针来制备的。

图5.（a）环氧树脂-PA核壳纳米纤维和（b）硫醇-PA核壳纳米纤维的TEM照片。

图6.（a）环氧树脂、PA和环氧树脂-PA纳米纤维以及（b）硫醇、PA和硫醇-PA纳米纤维的FTIR光谱。

图7.碳纤维织物（a,b）和纯PA纳米纤维（c,d）在开始时和5s后的环氧树脂接触角。

图8.在（a）2000和（b）5000放大倍数下，从含PA核壳纳米纤维的复合材料的分层表面收集的SEM图像。这种Ⅰ型层间断裂面是沿PAcore-shell-3预制裂纹分裂而成的。

图9.（a）纯PA纳米纤维的同时热分析曲线和（b）粘温曲线，以及环氧树脂-PA核壳纳米纤维在130℃下分别加热（c）1min和（d）6min的TEM照片（完整的环氧树脂-PA核壳结构如图5a所示）。

图10.（a）热塑性PA和环氧树脂基体的热膨胀曲线（PA直至109℃才保持固态），（b）双组分愈合剂在80℃和130℃下固化的DSC曲线（WEpoxy:WMercaptan=1:1）。

图11.（a）复合材料的典型载荷-位移曲线，以及（b）QSI（准静态压痕试验，F=2000N）后对照复合材料横截面的SEM图像。

图12.（a）复合材料的典型弯曲应力-应变曲线，（b）对照复合材料的残余弯曲强度和掺入PA纳米纤维的复合材料的愈合效率与沉积时间的函数关系。

图13.愈合后纯PA横截面的SEM图像。

图14.从（a）PAcore-shell-3的分层表面以及（b）在130℃下愈合20分钟后收集的SEM图像。

图15.25℃下的PA核壳纳米纤维层以及在130℃下愈合20分钟后的FTIR光谱。（固化的环氧树脂会干扰PA核壳纳米纤维层的FTIR光谱。在PAcore-shell-3的VARTM（真空辅助树脂转移模塑）过程中，未注入环氧树脂的分层表面得以保留。）