基于核壳纳米纤维的碳纤维增强塑料（CFRP）的层间增韧及双温度触发重复自修复性能

《Polymer Composites》：Interlamellar Toughening and Dual-Temperature-Triggered Repeated Self-Healing in CFRP Based on Core-Shell Nanofibers

碳纤维复合材料中通过共轴电纺制备PA@PEBA核壳纳米纤维，利用高结晶度PEBA壳层抑制裂纹扩展并保持PA核活性，实现双阶段自愈合（135℃ PA熔化修复主裂纹，150℃ PEBA补充修复次生损伤），弯曲强度提升19.17%，层间剪切强度达22.02%，恢复率分别达88.92%和97.57%。

　　

摘要

含有层间热塑性核壳纳米纤维的碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料展现出良好的可重复自修复能力。然而，修复剂（核心）的加载效率较低，导致自修复性能下降，限制了其在材料工程中的应用。本研究采用同轴电纺技术制备了纳米纤维膜，以高熔点聚醚嵌段酰胺（PEBA）作为壳层，低熔点共聚酰胺（PA）作为核心。系统研究了壳层厚度对材料力学性能和自修复行为的影响。PEBA壳层的高结晶度赋予了材料优异的形态稳定性，在CFRP制备和使用过程中保持了PA核心的化学活性，同时通过纳米纤维的缠结作用抑制了层间裂纹的产生。这使材料的弯曲强度提高了19.17%，层间剪切强度（ILSS）提高了22.02%。此外，该结构实现了分级温度响应的双阶段自修复机制：外部力引起的微裂纹会穿透PEBA层，在135°C时引发PA熔化以填充初级裂纹；当核心材料耗尽后，残余损伤区域会在150°C时通过PEBA壳层的熔化得到修复。最终，材料的弯曲强度恢复率达到88.92%，层间剪切强度恢复率达到97.57%，实现了“核心主导/壳层补充”的双阶段自修复机制。这一策略在修复剂储备有限的情况下显著提升了自修复效率。

亮点

• 采用电纺技术制备的PA@PEBA核壳纳米纤维。
• 利用核壳纳米纤维增强的层间复合材料。
• 双阶段自修复机制提升了材料的自修复效率。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

研究数据不予共享。