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自修复材料及其制备 报告人 姜云天 2020 2 5 1 目录 一 自修复复合材料二 自修复材料分类三 微胶囊自修复材料的制备 1 芯材选择2 壁材选择3 微胶囊化方法 2020 2 5 2 自修复复合材料 自修复复合材料 在无外界作用条件下 材料本身能对内部缺陷进行自我恢复 材料在使用过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹 并由此引发宏观裂缝而发生断裂 影响材料正常使用和缩短使用寿命 2020 2 5 3 自修复复合材料 自修复的核心是能量补给和物质补给 模仿生物体损伤愈合的原理 使复合材料对内部或者外部损伤能够进行自修愈合 从而消除隐患 增强材料的强度和延长使用寿命 修复过程的物质补给由流体 或流体与固体粉末 提供 能量补给一般由化学作用完成 2020 2 5 4 自修复材料分类 自修复材料按机理可分为两大类 一类主要是通过加热等方式向体系提供能量 使其发生结晶 在表面形成膜或产生交联等作用实现修复 2020 2 5 5 自修复材料分类 Chen等以呋喃多聚体和马来酰亚胺多聚体进行Diels Alder热可逆共聚 形成具有由可逆交联共价键连接而成的大分子网络 通过DA逆反应实现热的可逆性 2020 2 5 6 自修复材料分类 这种材料的优点在于只要施以简单的热处理而无需额外的催化剂 单体分子或其他特殊的表面处理就可在要修补的地方形成共价键 并能多次对裂纹进行修复 2020 2 5 7 自修复材料分类 看一段视频关于LGGflex 2020 2 5 8 2020 2 5 9 自修复材料分类 另一类主要是通过在材料内部分散或复合一些功能性物质来实现的 这些功能性物质主要是装有化学物质的纤维或胶囊 在材料中注入某些高分子聚合物 当物体开裂时 注入的材料会释放出来 对受损的物体表面进行自动修复 2020 2 5 10 自修复材料分类 环戊二烯二聚体 DCPD 包裹在脲醛树脂制成的微胶囊里 与Grubbs催化剂一起分散在二亚乙基三胺固化的环氧树脂低聚物中 当材料产生裂纹时 微胶囊破裂 环戊二烯二聚体由于裂缝产生的毛细管虹吸作用迅速渗入裂纹 接触到Grubbs催化剂而发生活性开环聚合反应 迅速生成高度交联的聚合物网络 可达到修复的目的 2020 2 5 11 实验测试表明环戊二烯二聚体与Grubbs催化剂一起分散在二亚乙基三胺固化的环氧树脂低聚物中德这种材料能恢复75 的韧性 自修复材料分类 2020 2 5 12 微胶囊自修复材料的制备 微胶囊中的囊芯的释放可分为因瞬间被打破而释放和逐渐从胶囊中缓慢释放两种情况 瞬间释放 1 用各种形式的外力如机械压碎 摩擦以及使之变形等方法使胶囊破裂 2 在热的作用下使之熔化 3 用化学方法如酶的攻击 溶剂 包括水 的溶解或提取的方法等 2020 2 5 13 微胶囊自修复材料的制备 缓慢释放指微胶囊的囊芯克服各种阻力 以一定的扩散速度自动缓慢向外扩散 缓慢释放现象的原因主要有 1 随着时间的增加使微胶囊的壁材发生一些微小的改变 如变薄或发生变形 2 壁膜本身并非均匀连续的高聚物 是存在空洞的 3 壁材性质的不同 对囊芯释放的阻力也不同 2020 2 5 14 芯材选择 一 芯材自修复功能微胶囊所包覆的芯材单体在催化剂存在条件下应能够聚合 可用于聚合的单体有以下几种 环状烯烃 内酯亚胺 丙烯酸酷盐 丙烯酸 烷基丙烯酸酷盐 烷基丙烯酸 苯乙烯 异戊二烯 双环戊二烯 DCPD 和丁二烯 2020 2 5 15 壁材选择 二 壁材为了减少微胶囊的囊芯的缓慢释放 微胶囊的壁材应具有良好的成膜性能可用作微胶囊壁材的聚合物有以下几种 聚胺 聚酰胺 聚磺酰胺 聚碳酸酯 聚醚 聚酰亚胺 酚醛树脂 脲醛树脂 聚氨酯 聚烯烃 聚硅烷 2020 2 5 16 微胶囊化方法 微胶囊化的方法包括化学方法 如界面缩聚法 原