自修复微胶囊的制备及其在复合材料中的应用

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jimgui19810917
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受到外界各种因素以及本身缺陷的影响,聚合物基复合材料在使用过程中必然会产生裂纹或损伤,致使材料的机械性能下降,因此对微裂纹的及时发现、修复是非常必要的。自修复材料也因此而诞生了。自修复技术的成功应用可以延长材料的使用寿命,特别是对那些人们很难进行现场修复的对象,如航空器、桥梁等复合材料应用领域,其应用潜力巨大。   微胶囊技术是目前实现自修复功能的一种重要途径,受到了很广泛的关注与应用。本文就微胶囊的主要功能,合成原料,合成方法,以及表征方法等方面对微胶囊技术进行了概述及综评。还介绍了微胶囊技术在复合材料自修复方面的应用概况,并指出了文章的研究背景,目的,意义和方法。   本文以水为介质,以尿素、甲醛为囊壁原料,环氧树脂为囊芯,十二烷基苯磺酸钠和阿拉伯树胶复配作为乳化剂,在60℃下,采用原位聚合法,合成脲醛树脂自修复微胶囊,详细探讨了聚脲甲醛微胶囊的制备工艺,以及反应条件(反应时间,乳化剂用量及乳化时间,pH值)对形貌、粒径及包覆率进行了详细探讨,优化实验方案及合成工艺,确定微胶囊的最佳合成方法。为了提高脲醛树脂微胶囊的稳定性,通过选择化学结构不同、性能不同的聚乙烯醇(PVA),苯酚,三聚氰胺对脲醛树脂进行改性,确定优化反应条件。用光学显微镜(OM)扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、示差扫描量热仪(DSC),热重分析仪(TG),接触角测定仪等对合成的微胶囊进行了表征。研究结果表明:采用原位聚合法,成功的合成了以环氧树脂E-51为芯材,脲醛树脂及其改性物为微胶囊的壁材。优化的合成工艺为:尿素与甲醛的摩尔比为1:2,囊壁与囊芯的质量比为3:10,搅拌速率为400rpm,终点pH值为3.0,酸化即固化时间为2h,复配乳化剂DBS与阿拉伯树胶所占体系的质量比分别为1%,2%。合成的脲醛树脂微胶囊的平均粒径为60μm,表面平滑,包覆率为76%。三种改性后的微胶囊的热稳定性均有所提高;其中苯酚改性的热稳定性最好;聚乙烯醇改性微胶囊的疏水性下降,苯酚和三聚氰胺改性的微胶囊的疏水性都有所增强。   为了研究微胶囊对复合材料的影响,选择不饱和聚酯191为基体材料,将实验室制备好的微胶囊放入基体材料中,测定微胶囊对基体材料力学性能的影响。通过多功能材料试验机测定了样品的力学性能,悬臂梁冲击试验机测定了样品的抗冲击性能。研究结果表明:将微胶囊放入基材中,树脂的固化时间延迟,并且随着胶囊量的增多,固化时间增大,微胶囊的添加可提高材料的塑性,降低材料的脆性。同时微胶囊的添加量对试样的性能也有影响,大量的添加会降低材料的弹性模量。随着微胶囊的添加,聚酯的抗冲强度减小,可能是微胶囊的添加在一定程度上改变了基体材料的结构,同时由于微胶囊修复作用需要一定的时间,而冲击是瞬间的作用,微胶囊中的修复剂没有足够的时间来修复内部的破损。
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