脲醛樹脂微膠囊表面改性及對(duì)環(huán)氧樹脂的自修復(fù)性能研究.pdf

1、聚合物基復(fù)合材料因其高的比強(qiáng)度、比剛度而廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車以及其它商用領(lǐng)域。這些材料無論是采用何種設(shè)計(jì)方法和成型工藝制造，當(dāng)其受到外力作用時(shí)（如沖擊或天然降解等）都不可避免的會(huì)產(chǎn)生損傷，微裂紋是一種主要的損傷形式，微裂紋的產(chǎn)生將導(dǎo)致材料機(jī)械性能下降，因此使用壽命受到限制。
　　具有自修復(fù)功能的復(fù)合材料，它能夠自動(dòng)的修復(fù)微裂紋。將內(nèi)含修復(fù)劑雙環(huán)戊二烯(DCPD)的微膠囊分散在基體樹脂中，當(dāng)材料產(chǎn)生裂紋后，裂紋的擴(kuò)展導(dǎo)致微膠囊破

2、裂，釋放出的修復(fù)劑遇到埋入基體中的WCl6催化劑后發(fā)生開環(huán)易位聚合反應(yīng)(ROMP)，將裂紋處粘接。
　　本文采用原位聚合法制備了脲醛樹脂包覆 DCPD自修復(fù)微膠囊。討論了乳化劑的種類及用量對(duì)微膠囊性能的影響，分別使用三種乳化劑：苯乙烯馬來酸酐共聚物(SMA)、聚乙烯醇(PVA)、十二烷基苯磺酸鈉(DBS)制備微膠囊，結(jié)果表明采用DBS作為乳化劑且其濃度在臨界交束濃度附近時(shí)可制備粒徑分布均勻且包覆性能好的微膠囊。同時(shí)討論了體系 pH

3、值對(duì)微膠囊性能的影響，并得出聚合體系終點(diǎn) pH<2.5時(shí)可制備結(jié)構(gòu)致密的微膠囊。光學(xué)顯微鏡測(cè)得微膠囊平均粒徑為210μm，且粒徑呈正態(tài)分布。采用有限元軟件初步計(jì)算了含微裂紋和微膠囊的環(huán)氧樹脂試件在外力作用下微膠囊附近的應(yīng)力分布，并得出微膠囊最佳壁厚為2~10μm，光學(xué)顯微鏡(OM)及掃描電鏡(SEM)測(cè)得微膠囊壁厚為2~5μm。掃描電鏡下觀察微膠囊表面形貌，粗糙的外表面結(jié)構(gòu)有利于其與基體之間的機(jī)械結(jié)合。傅立葉紅外光譜(FTIR)分析了壁

4、材的化學(xué)結(jié)構(gòu)證明了微膠囊脲醛樹脂壁材的形成，熱失重分析測(cè)得微膠囊的熱穩(wěn)定溫度為215℃，芯材含量約為80％。
　　采用兩種方法對(duì)微膠囊進(jìn)行表面改性研究，方法一為偶聯(lián)劑表面處理法，對(duì)制備的微膠囊采用偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)進(jìn)行表面處理，研究了表面改性機(jī)理，通過XPS和FTIR等分析方法證實(shí)了微膠囊與偶聯(lián)劑之間形成了C-Si-O的化學(xué)鍵以及氫鍵作用，改性后的微膠囊表面含有-NH3官能團(tuán)，可與環(huán)氧樹脂基體之間產(chǎn)生化學(xué)鍵

5、作用，SEM觀察了改性后微膠囊/環(huán)氧樹脂的斷面形貌，微膠囊與樹脂基體之間的界面得到了改善。方法二是在微膠囊制備過程中加入(3，2-環(huán)氧丙氧基)甲基三甲氧基硅烷(KH560)，使微膠囊壁材表面原位接枝環(huán)氧官能團(tuán)，從而改善微膠囊與樹脂之間的界面粘接，F(xiàn)TIR和XPS分析證實(shí)了壁材表面成功接枝了環(huán)氧官能團(tuán)，對(duì)該方法制備的微膠囊進(jìn)行熱穩(wěn)定性分析得出其熱穩(wěn)定溫度與脲醛樹脂微膠囊一致均為215℃，將制備的微膠囊加入到環(huán)氧樹脂基體中，對(duì)其斷面進(jìn)行SE

6、M分析同樣可看到微膠囊與樹脂基體的界面性能得到了改善。
　　研究了微膠囊/環(huán)氧樹脂的自修復(fù)性能，使用楔型雙懸臂梁(TDCB)拉伸試件測(cè)試材料斷裂載荷從而評(píng)價(jià)材料修復(fù)效率。討論了催化劑的含量及性能以及修復(fù)溫度對(duì)環(huán)氧樹脂材料修復(fù)效率的影響，自活化試件測(cè)量結(jié)果指出，催化劑含量增加修復(fù)效率提高，當(dāng)催化劑含量達(dá)到15wt%時(shí)，修復(fù)效率達(dá)到最大值64.9%，而環(huán)氧樹脂的斷裂載荷隨催化劑含量的增加而降低，綜合考慮后采用10wt%的催化劑含量，此