基于氢键适用于柔性传感器的碳增强自修复材料的研制
发布时间：2021-07-15 15:26
适用于柔性传感器的聚合物材料在军工、医疗、制造业等领域应用广泛,但是这些材料在使用过程中由于形变易产生微裂纹,影响材料使用寿命。将“自修复技术”引入到聚合物材料中可以使产生的裂纹自我修复,延长材料使用寿命。聚合物自修复机制有很多种,其中基于动态氢键的本征型自修复聚合物可实现快速、多次的自修复,工艺简单,应用性强,为我们从分子设计角度构筑复合材料提供了思路和理论指导。柔性应变传感器随着柔性智能技术的不断发展引起了人们的关注,但是其反复使用可能会引起器件电学性能受损甚至失效,那么,实现裂纹或断面的自修复进而修复材料的电性能具有重要意义。因此,制备适用于柔性传感器件的基于氢键的兼顾力学性能的自修复聚合物,是本论文的研究内容。本论文利用脂肪多酸和多胺缩合的低聚物作为基础的反应物,通过在反应体系中引入碳纤维（简称CFs）、碳纳米管（简称CNTs）、氧化石墨烯（简称GO）三类能够提高力学性能的碳材料制备出适用于不同应用领域的六类自修复碳复合材料,并在其中选择适用于高拉伸强度和高拉伸应变的两类材料进行自修复柔性应变传感器的制备,具体研究内容如下:（一）碳纤维增强自修复材料的研制通过在低聚物与尿素的反...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－４?Ｄｒｙ制备的样品测试照片【３５１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｔｅｓｔ?ｐｈｏｔｏｓ?ｏｆ?ｓａｍｐｌｅｓ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ｂｙ?Ｄｒｙ【３５】??
?１绪论???图１－３自修复环氧涂层的光学显微镜图【３１】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｏｐｔｉｃａｌ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ?ｅｐｏｘｙ?ｃｏａｔｉｎｇｓ?［３１１??基于微胶囊的自修复技术可以快速、有效地对裂纹进行修复。目前，该技术在混凝??土材料和有机涂层材料中有着广泛的应用。但是由于微胶囊在基体中分散难以做到非常??均匀，如果某一区域的微胶囊量分布较少，此区域产生较小的裂纹就很难修复，并且当??修复剂从胶囊中流出时，胶囊体本身就形成一个空隙，可能对材料的整体性能有所影??响，因此该技术在实际应用中有所局限［３２］。??１．２．１．２基于中空纤维的自修复机制??基于中空纤维的自修复机制与微胶囊自修复机制的修复原理相似，在修复过程中，??利用中空纤维作为放置修复剂的微容器放于基体材料中，当材料受损进而导致微容器破??损，使得修复剂流出到达受损位置，起到修复材料的作用。在多数的研宄中，基于中空??纤维自修复机制的材料比基于微胶囊自修复机制的材料研宄的少，这可能与中空纤维的??制备工艺难度更大更繁琐有关［３３】。目前基于中空纤维的自修复机制已经由单一纤维发展??到三维中空纤维，这样可以为修复剂提供更多的存储空间，并且可实现材料的多次修??复。因此相较于微胶囊，基于中空纤维是一种应用前景更为广阔的自修复方法，应用也??更为广泛［３４］。??１９９６年，Ｄｒｙ等［３５］最先将运用在混凝土基体中的中空纤维方法应用在聚合物基体??中，其通过埋植技术把装有单组分的氰基丙烯酸酯或者双组分的环氧树脂粘合剂的中空??玻璃纤维置于聚合物复合材料的基体内部，当基体材料受损后裂纹扩展使中空纤维
空纤维类自修复技术可实现对材料基体的修复，而且也证明了恢复的材??料性能强度很高，但是该方法只可实现基体同一部位单次断裂一修复循环，一旦空芯纤??维断裂导致内容物流出，实现修复后，该处基体便不再具有自修复功能，需进一步改??进，因此，三维中空纤维类自修复材料开始迅速发展，其试图模仿生物系统通过微血管??网络将一种或多种修复剂输送到受损区域的能力实现材料的多次修复［３９］。??Ｔｏｏｈｅｙ?ＫＳ等采用单脉管网络首次将微脉管自修复技术引入到环氧树脂基体中，??该类型自修复材料结构示意图如图１－５所示，四点弯曲试验表明，该材料体系可达到在??同一损伤部位的７次自修复，与埋植空芯纤维的单次修复相比，微脉管结构的修复效果??显著改善。微脉管网络体系较空芯纤维体系具有更强的可控性，例如可以通过建立响应??体系使修复剂能自发地由含量多的脉管扩散到修复剂已被消耗的脉管中，从而实现修复??剂的自补充，达到更多次的修复循环。近年来，在制造微血管网络方面取得了显着成果??尤其是利用３Ｄ打印技术进行微流体装置功能性自我修复材料和涂层的生产。Ｇ．??Ｐｏｓｔｉｇｌｉｏｎｅ等［４４］通过３Ｄ打印制造了三种具有嵌入多个独立微血管网络的自修复聚合物??材料，确定了微通道密度和不同网络设计对自修复效率的影响。??图１－５具有３Ｄ微血管网络的自修复材料结构示意图［４（）］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?３Ｄ?ｍｉｃｒｏｖａｓｃｕｌａｒ?ｎｅｔｗｏｒｋ??基于中空纤维的自修复技术目前主要应用在沥青材料和树脂材料中，但是如今有关??中空纤维及微脉管自修复材料的研宄
【参考文献】：
期刊论文
[1]异氰酸酯型微胶囊自修复涂料的研究进展[J]. 刘文俊,程原,赵本波,李治韬,邓平. 聚氨酯工业. 2020(02)
[2]碳纤维增强水泥基复合材料的制备及热电性能研究[J]. 谢金,杨伟军. 功能材料. 2020(04)
[3]碳纳米管纤维及其传感器力电性能实验研究[J]. 万山秀,王红艳,杨庆生. 应用力学学报. 2020(02)
[4]功能化氧化石墨烯吸附材料的研究进展[J]. 王建坤,蒋晓东,郭晶,杨连贺. 纺织学报. 2020(04)
[5]柔性可穿戴电子应变传感器的研究现状与应用[J]. 彭军,李津,李伟,常胜男,刘皓. 化工新型材料. 2020(01)
[6]碳纤维及其复合材料在主要应用领域的突破方向与技术进展[J]. 罗益锋. 高科技纤维与应用. 2019(06)
[7]弹性敏感材料与传感器件[J]. 李法利,李晟斌,曹晋玮,刘宜伟,尚杰,李润伟. 材料导报. 2020(01)
[8]环氧树脂/氧化石墨烯复合材料的制备及性能[J]. 赵玉真,赵阳,郭准. 现代塑料加工应用. 2019(06)
[9]用于电阻式柔性应变传感器的导电聚合物复合材料研究进展[J]. 任秦博,王景平,杨立,李翔,王学川. 材料导报. 2020(01)
[10]钙钒青铜/碳纳米管复合材料的制备及电化学性能[J]. 刘建,杜海会,孙田将,年庆舜,李海霞,陶占良. 高等学校化学学报. 2019(12)
博士论文
[1]高力学强度自修复聚合物材料的构筑及功能[D]. 王晓晗.吉林大学 2019
[2]芳纶/氮化硼增强自修复复合材料的制备及其性能研究[D]. 邢丽欣.哈尔滨工业大学 2016
[3]氧化石墨烯含氧官能团的催化性能和化学修饰[D]. 张光辉.天津大学 2015
[4]含纳米组元界面相对碳纤维/环氧复合材料界面性能的影响[D]. 赵峰.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]基于多重可逆作用自修复弹性体的制备及其性能研究[D]. 程波.华南理工大学 2019
[2]碳纳米管/天然橡胶复合材料的制备及性能研究[D]. 郭昌.青岛科技大学 2018
[3]基于石墨烯微胶囊的沥青自修复复合材料研究[D]. 韩珊.天津工业大学 2018
[4]乙烯基酯树脂/改性碳纤维复合材料制备及性能研究[D]. 张修平.长春工业大学 2016
[5]碳纳米管的表面修饰及气敏性研究[D]. 杨颖.黑龙江大学 2007
本文编号：3285970
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－４?Ｄｒｙ制备的样品测试照片【３５１??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｔｅｓｔ?ｐｈｏｔｏｓ?ｏｆ?ｓａｍｐｌｅｓ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ｂｙ?Ｄｒｙ【３５】??
?１绪论???图１－３自修复环氧涂层的光学显微镜图【３１】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｏｐｔｉｃａｌ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ?ｅｐｏｘｙ?ｃｏａｔｉｎｇｓ?［３１１??基于微胶囊的自修复技术可以快速、有效地对裂纹进行修复。目前，该技术在混凝??土材料和有机涂层材料中有着广泛的应用。但是由于微胶囊在基体中分散难以做到非常??均匀，如果某一区域的微胶囊量分布较少，此区域产生较小的裂纹就很难修复，并且当??修复剂从胶囊中流出时，胶囊体本身就形成一个空隙，可能对材料的整体性能有所影??响，因此该技术在实际应用中有所局限［３２］。??１．２．１．２基于中空纤维的自修复机制??基于中空纤维的自修复机制与微胶囊自修复机制的修复原理相似，在修复过程中，??利用中空纤维作为放置修复剂的微容器放于基体材料中，当材料受损进而导致微容器破??损，使得修复剂流出到达受损位置，起到修复材料的作用。在多数的研宄中，基于中空??纤维自修复机制的材料比基于微胶囊自修复机制的材料研宄的少，这可能与中空纤维的??制备工艺难度更大更繁琐有关［３３】。目前基于中空纤维的自修复机制已经由单一纤维发展??到三维中空纤维，这样可以为修复剂提供更多的存储空间，并且可实现材料的多次修??复。因此相较于微胶囊，基于中空纤维是一种应用前景更为广阔的自修复方法，应用也??更为广泛［３４］。??１９９６年，Ｄｒｙ等［３５］最先将运用在混凝土基体中的中空纤维方法应用在聚合物基体??中，其通过埋植技术把装有单组分的氰基丙烯酸酯或者双组分的环氧树脂粘合剂的中空??玻璃纤维置于聚合物复合材料的基体内部，当基体材料受损后裂纹扩展使中空纤维
空纤维类自修复技术可实现对材料基体的修复，而且也证明了恢复的材??料性能强度很高，但是该方法只可实现基体同一部位单次断裂一修复循环，一旦空芯纤??维断裂导致内容物流出，实现修复后，该处基体便不再具有自修复功能，需进一步改??进，因此，三维中空纤维类自修复材料开始迅速发展，其试图模仿生物系统通过微血管??网络将一种或多种修复剂输送到受损区域的能力实现材料的多次修复［３９］。??Ｔｏｏｈｅｙ?ＫＳ等采用单脉管网络首次将微脉管自修复技术引入到环氧树脂基体中，??该类型自修复材料结构示意图如图１－５所示，四点弯曲试验表明，该材料体系可达到在??同一损伤部位的７次自修复，与埋植空芯纤维的单次修复相比，微脉管结构的修复效果??显著改善。微脉管网络体系较空芯纤维体系具有更强的可控性，例如可以通过建立响应??体系使修复剂能自发地由含量多的脉管扩散到修复剂已被消耗的脉管中，从而实现修复??剂的自补充，达到更多次的修复循环。近年来，在制造微血管网络方面取得了显着成果??尤其是利用３Ｄ打印技术进行微流体装置功能性自我修复材料和涂层的生产。Ｇ．??Ｐｏｓｔｉｇｌｉｏｎｅ等［４４］通过３Ｄ打印制造了三种具有嵌入多个独立微血管网络的自修复聚合物??材料，确定了微通道密度和不同网络设计对自修复效率的影响。??图１－５具有３Ｄ微血管网络的自修复材料结构示意图［４（）］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?３Ｄ?ｍｉｃｒｏｖａｓｃｕｌａｒ?ｎｅｔｗｏｒｋ??基于中空纤维的自修复技术目前主要应用在沥青材料和树脂材料中，但是如今有关??中空纤维及微脉管自修复材料的研宄
【参考文献】：
期刊论文
[1]异氰酸酯型微胶囊自修复涂料的研究进展[J]. 刘文俊,程原,赵本波,李治韬,邓平. 聚氨酯工业. 2020(02)
[2]碳纤维增强水泥基复合材料的制备及热电性能研究[J]. 谢金,杨伟军. 功能材料. 2020(04)
[3]碳纳米管纤维及其传感器力电性能实验研究[J]. 万山秀,王红艳,杨庆生. 应用力学学报. 2020(02)
[4]功能化氧化石墨烯吸附材料的研究进展[J]. 王建坤,蒋晓东,郭晶,杨连贺. 纺织学报. 2020(04)
[5]柔性可穿戴电子应变传感器的研究现状与应用[J]. 彭军,李津,李伟,常胜男,刘皓. 化工新型材料. 2020(01)
[6]碳纤维及其复合材料在主要应用领域的突破方向与技术进展[J]. 罗益锋. 高科技纤维与应用. 2019(06)
[7]弹性敏感材料与传感器件[J]. 李法利,李晟斌,曹晋玮,刘宜伟,尚杰,李润伟. 材料导报. 2020(01)
[8]环氧树脂/氧化石墨烯复合材料的制备及性能[J]. 赵玉真,赵阳,郭准. 现代塑料加工应用. 2019(06)
[9]用于电阻式柔性应变传感器的导电聚合物复合材料研究进展[J]. 任秦博,王景平,杨立,李翔,王学川. 材料导报. 2020(01)
[10]钙钒青铜/碳纳米管复合材料的制备及电化学性能[J]. 刘建,杜海会,孙田将,年庆舜,李海霞,陶占良. 高等学校化学学报. 2019(12)
博士论文
[1]高力学强度自修复聚合物材料的构筑及功能[D]. 王晓晗.吉林大学 2019
[2]芳纶/氮化硼增强自修复复合材料的制备及其性能研究[D]. 邢丽欣.哈尔滨工业大学 2016
[3]氧化石墨烯含氧官能团的催化性能和化学修饰[D]. 张光辉.天津大学 2015
[4]含纳米组元界面相对碳纤维/环氧复合材料界面性能的影响[D]. 赵峰.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]基于多重可逆作用自修复弹性体的制备及其性能研究[D]. 程波.华南理工大学 2019
[2]碳纳米管/天然橡胶复合材料的制备及性能研究[D]. 郭昌.青岛科技大学 2018
[3]基于石墨烯微胶囊的沥青自修复复合材料研究[D]. 韩珊.天津工业大学 2018
[4]乙烯基酯树脂/改性碳纤维复合材料制备及性能研究[D]. 张修平.长春工业大学 2016
[5]碳纳米管的表面修饰及气敏性研究[D]. 杨颖.黑龙江大学 2007
本文编号：3285970
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