含雙組分微膠囊聚合物基自修復(fù)材料的研究.pdf

1、高分子復(fù)合材料因?yàn)槠漭p質(zhì)高強(qiáng)、良好的耐腐蝕性、良好的電性能等優(yōu)點(diǎn)而在航空航天、交通、建筑、電子、體育運(yùn)動、以及軍事用品等多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是，結(jié)構(gòu)性的高分子材料對一些形成于材料深處且?guī)缀醪豢赡軝z測和修復(fù)到的微裂紋造成的傷害十分敏感。微裂紋造成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度下降；在微電子領(lǐng)域應(yīng)用的高分子部分產(chǎn)生微裂紋可能會引起斷路；機(jī)械或者熱引起的疲勞而產(chǎn)生的微裂紋也是高分子膠黏劑應(yīng)用時一個長期存在的問題。聚合物材料一旦產(chǎn)生微裂紋，材料的完整

2、性就受到嚴(yán)重地破壞。在這種背景下，產(chǎn)生了一個全新的概念一自修復(fù)材料，這個概念的靈感來源于生物體產(chǎn)生破壞時能引發(fā)自身的修復(fù)反應(yīng)。這種材料能增加廣泛應(yīng)用的(從微電子領(lǐng)域到航空航天領(lǐng)域)熱固性聚合物應(yīng)用時的可靠性并且延長其使用壽命。尤其在修復(fù)比較困難的航天飛機(jī)和橋梁應(yīng)用上，自修復(fù)材料擁有更大的發(fā)展?jié)摿?。目前這方面的研究工作尚處在起步階段，但已有的研究進(jìn)展已充分體現(xiàn)了該領(lǐng)域重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 微膠囊型聚合物基自修復(fù)材料的修復(fù)是通過將

3、修復(fù)劑和催化劑通過膠囊包裹埋在材料中組合在一起而完成的。材料產(chǎn)生裂縫時引起包埋膠囊的破裂，膠囊．中的修復(fù)劑通過毛細(xì)管作用釋放到材料的破裂處，通過催化劑的引發(fā)在材料的裂縫處發(fā)生高分子聚合反應(yīng)，達(dá)到修復(fù)的目的。 本文采用的是將雙組分的微膠囊埋入到環(huán)氧樹脂基體中制各自修復(fù)復(fù)合材料。采用蜜密胺樹脂包裹的苯乙烯作為材料的修復(fù)劑，而在另外一種膠囊中包裹的是自由基引發(fā)劑—過氧化二苯甲酰(BPO)。首先，為了制備適用于自修復(fù)材料的微膠囊，對影響

4、微膠囊粒徑大小及其分布的諸參數(shù)進(jìn)行研究，考察反應(yīng)條件(乳化劑的選擇和用量、pH值、乳化時間等)對微膠囊粒徑分布、粒徑大小和表面形態(tài)的影響，確定了制備微膠囊的工藝：反應(yīng)前乳化時間為8 min，反應(yīng)時pH值約為5.5，選用苯乙烯-馬來酸酐共聚物(PS-MAn)和阿拉伯樹膠復(fù)合乳化劑，用量約為1.4wt．％，三聚氰胺和甲醛的摩爾比約為1：2.5，乳化時攪拌速率為6000r／min，囊芯和囊壁材料的投料比約為1：2。為了研究膠囊含量和兩種膠囊之

5、間的配比對材料強(qiáng)度和修復(fù)效率的影響，首先固定其中一種膠囊的含量而改變另外一種膠囊的含量，然后測試其沖擊強(qiáng)度，測試發(fā)現(xiàn)當(dāng)苯乙烯膠囊含量為15％，BPO膠囊含量為3％時，材料表現(xiàn)出最好的修復(fù)效率。同時也研究了固定膠囊總含量的情況下(18％)，兩種膠囊的不同配比對修復(fù)效率的影響，得出最佳配比為BPO膠囊和苯乙烯膠囊質(zhì)量比1：7。同時我們將上述膠囊的修復(fù)同理想修復(fù)(直接將苯乙烯和BPO混合后涂覆到斷裂面進(jìn)行的修復(fù))進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)修復(fù)效率低10％

6、左右。同時通過對材料斷裂面的電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)了破裂的膠囊。 同時，對填充膠囊復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、動態(tài)力學(xué)性能、熱失重性能進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)微膠囊對材料的力學(xué)性能有較大影響。微膠囊的加入誘發(fā)了應(yīng)力集中，總體上導(dǎo)致力學(xué)性能下降。但是當(dāng)膠囊含量較少或者填充膠囊的粒徑比較小時，這種影響不十分明顯，特別是對于靜態(tài)力學(xué)性能而言。另外一方面，動態(tài)力學(xué)性能和熱變形溫度測試實(shí)驗(yàn)(HDT)均證實(shí)兩種膠囊與基體之間的界面粘結(jié)良好。含有