基于微胶囊技术的自修复材料的研究

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1、基于微胶囊技术的自修复材料的研究摘要基于微胶囊技术的自修复材料是指将内包有修复液的微胶囊和催化剂分散于聚合物中，当产生裂纹时，伸展裂纹将导致微胶囊的破裂，其中的修复液被释放并由于毛细管作用流入裂缝中；当修复液与埋在聚合物中的催化剂相遇时，聚合反应被触发，将裂缝两面粘合，从而达到修复效果。自修复材料的研制成功可以大大延长材料的使用寿命，特别是在那些人们很难进行现场修复的，如航空器、桥梁等复合材料应用领域，其应用潜力巨大。目前，关于基于微胶囊技术的自修复材料的研究国际上尚处于起步阶段，本文就此自修复材料涉及的问题进行了如下的研究。首先，为了制备

2、适用于自修复材料的微胶囊，对影响微胶囊粒径大小及其分布的诸参数进行研究，考察原料用量，反应条件(乳化剂、pH值、反应时间)对微胶囊粒径分布、粒径大小和表面形态的影响，确定了制备微胶囊的工艺：反应前搅拌时间为15rain，反应时间为4小时，所选用乳化剂及其用量为选用PMN乳化剂(以0．12％PMN为佳)。第二，本文选用梯形双悬臂梁(TDCB)试件，就微胶囊的加入以及微胶囊的不同参数对环氧树脂材料断裂韧性的影响进行了研究。结果表明，在相同微胶囊浓度下，材料的断裂韧性随微胶囊直径的增大呈线性下降；而在相同微胶囊直径大小分布的情况下，随着微胶囊浓度

3、的增加材料的断裂韧性呈现先增后减的变化趋势；第三，为使材料的断裂韧性达到最高，本文还运用均匀设计方法，针对微胶囊大小和微胶囊含量两个参数进行了优选，结果表明，在实验范围内，当微胶囊直径范围在(76um，微胶囊含量为3％时，断裂韧性可达到最大值2．15Pa+m“2。最后，本文对引入微胶囊以实现聚合物材料自修复的原理的可靠性和可行性进行了初步验证。首先通过扫描电镜对断裂横截面进行观测，验证了裂缝的产生确能使微胶囊破裂，并使包裹在胶囊内的修复液流出；另外，选用Grubbs为催化剂制作了含有微胶囊和催化剂的环氧树脂材料，经测试发现，由于原料(DCP

4、D单体)浓度，催化剂用量等原因，并不能实现完全自修复，但是当直接把DCPD单体与Grubbs催化剂混合，涂于裂缝上，进行人为粘合时，确能使材料达到一定的修复率。关键字：自修复，微胶囊，聚合物，断裂韧性，均匀设计STUDYOntheSELF．HEALINGPOLYMERMATERlALwithMICRoCAPSULATEDHEALINGAGENTABSTRACTTheself-healingpolymermaterialwithmicrocapsulatedhealingagentisastructuralpolymericmaterialw

5、iththeabilitytohealcracksautonomically．Thehealingisaccomplishedbyincorporatingamicrocapsulatedhealingagentandacatalyticchemicaltriggerwithinallepoxy．Anapproachingcrackrupturestheembeddedmicrocapsules，releasingthehealingagentintothecrackplanethroughcapillaryaction．Polymeriz

6、ationofthehealingagentistriggeredbycontactwiththeembeddedcatalyst，bondingthecrackfaces．Suchmaterialcanincreasethereliabilityandservicelifeofthermosettingpolymersusedinawidevarietyofapplicationsrangingfrommicroelectronicstoaerospace．Especiallyinsuchapplicationsasaircraftsan

7、dbridgeswherethedamagedmaterialisveryhardtoheal，theself-healingmaterialhasagreatpotential．Therefore，astudyontheself-healingpolymermaterialisconductedregardingthefollowingcontents．First，inordertogetthesuitablemicrocapsulesfortheself-healingmaterial，thetechnologicalparameter

8、ssuchastheagitationtimebeforereaction，thereactiontime，thetypeandcontentoftheemulsfierareo