水性聚氨酯彈性防護(hù)涂層的自愈合行為與機理.pdf

1、船舶、海洋結(jié)構(gòu)物及鋼結(jié)構(gòu)通常都需要涂覆涂層材料實現(xiàn)保護(hù)目的。但防護(hù)涂層在服役時，除了受到環(huán)境介質(zhì)的腐蝕、海洋生物的附著污損外，還會受到海面漂浮物等的撞擊擦傷。近年來，具有自愈合性能的材料及涂料得到廣泛的關(guān)注。研究較多的外援型自愈合材料依靠預(yù)先包埋在材料或涂料的微膠囊破裂實現(xiàn)對損傷區(qū)域的修復(fù)。而本征型自愈合材料則依靠本體自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)實現(xiàn)損傷的自愈合。聚氨酯彈性材料被證明是一種本征型的自愈合材料。為了順應(yīng)綠色環(huán)保理念，防護(hù)涂料水性化

2、已成發(fā)展的必然選擇。因此，水性聚氨酯彈性材料及涂層的自愈合行為機理研究具有重要科學(xué)意義和工程價值。
　　本文自主設(shè)計合成了硬段重量分別為25％、30％、35％、40％、45％的PPG-BDO-TDI型聚氨酯乳液，制備了相應(yīng)的水性聚氨酯彈性材料，粉體增強復(fù)合材料和防護(hù)涂層。利用紅外光譜、差熱分析、熱重分析、拉伸試驗機表征了彈性材料的結(jié)構(gòu)與性能。系統(tǒng)研究了硬段含量、愈合時間、損傷方式、多次損傷及加載速率對彈性材料自愈合行為與性能的影響

3、，并提出了自愈合機理模型。結(jié)果表明:成功合成不同硬段含量的彈性材料，聚氨酯包含兩個明顯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，表明聚氨酯中存在軟硬段互不相容的微相分離結(jié)構(gòu)。熱重顯示300℃以下，聚氨酯彈性材料有較好的耐熱性。隨著硬段含量增加，彈性材料的斷裂強度和彈性模量增加，而延伸率下降。自愈合率隨硬段含量的增加而下降，當(dāng)硬段超過45％時，彈性材料完全失去自愈合能力。局部損傷彈性材料在48小時自愈合率達(dá)到最大，斷裂強度最高可恢復(fù)為原始的90％，延伸率可恢復(fù)為

4、原始的30％，愈合率要高于拉斷和割斷試樣。試樣在同一部位反復(fù)斷裂，其自愈合能力不斷降低，經(jīng)七次斷裂后徹底失去自愈合能力。隨加載速率增加，試樣自愈合率略升高。粉體增強復(fù)合材料自愈合率隨粉體含量增加而減小，當(dāng)粉體含量為3.5％，試樣失去自愈合能力。機械剪切力加入粉體的自愈合率高于超聲分散。不同粉體增強復(fù)合材料自愈合率由高到低為納米二氧化硅＞硅藻粉＞鈦白粉＞碳納米管。防護(hù)涂層自愈合率要遠(yuǎn)低于彈性材料，隨硬段含量增加，自愈合率下降，40％硬段含