具有自修复性能的环氧树脂复合材料的制备及性能研究
发布时间：2021-11-13 12:24
随着科技的进步和发展,越来越多的新材料应用到我们的生产生活中,其中自修复热固性材料是一个研究热点。由于热固性材料本身的特点,一旦损坏就无法继续使用,而赋予材料自修复性能就能解决这一问题,延长使用寿命,广泛应用于电子器件、航空航天、生物医学等诸多领域。本文以环氧树脂（E-51）为基体材料,将聚己内酯（PCL）经过改性处理的产物,文中称为GPCL,作为修复剂,制备了具有自修复性能的环氧树脂复合材料。通过差示扫描量热法、热失重分析、傅里叶红外光谱、万能电子试验机、形状记忆测试、偏光显微镜等对材料进行热学性能、自修复性能和形状记忆性能的测试和表征,并详细分析材料的自修复性能。研究发现,PCL的改性处理研究结果表明,,随着催化剂4-二甲氨基吡啶（DMAP）含量的增加,制得的EP-GP复合材料的自修复性能有所提高。分析了基体材料的自修复性能和时间、温度、修复剂组分以及自修复次数的关系发现,基体试样没有损伤的前提下,在150oC下加热修复15min时,GP15（GPCL质量分数为15%）试样的自修复性能是最优异的,在五次加热修复循环之后仍有较好的修复能力,通过偏光显微镜下的划痕...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微胶囊型自修复过程
第1章绪论-3-（2）中空纤维型自修复中空纤维型自修复与微胶囊自修复方式类似，将修复剂包裹进中空纤维中再加入到基体材料中，当材料产生裂纹损伤时，中空纤维断裂破坏，其内的修复剂流入裂纹修复损伤，其修复过程如图1-2所示。相比于微胶囊自修复，中空纤维自修复不仅能快速有效并多次修复裂纹，而且在基体材料中加入中空纤维可以提升材料本身强度，改善材料性能。现在研究中常用的中空纤维包括中空玻璃纤维，中空玻璃管，中空聚合物纤维等。图1-2中空纤维自修复过程最早Dry等[13-14]使用加入甲基丙烯酸甲酯的中空玻璃管来修复水泥混凝土。Min等[15]使用环氧树脂和固化剂作为修复剂，包裹在聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维中，探究材料的自修复性能。尚枝等[16]则使用聚苯乙烯，环氧树脂和固化剂利用静电纺丝制备了一种复合纤维，不仅能够实现材料的自修复，而且一定程度上提高了材料的强度。（3）热塑性修复剂热塑性聚合物由于其本身加热熔融，冷却固化的特点，实验中将具有热塑性的聚合物加入到材料中作为修复剂，当材料受到损伤并且处于热塑性修复剂的熔点之上时，其中的热塑性修复剂会在外力作用下熔融并流入至裂纹中，温度降至熔点之下，修复剂粘结裂纹，修复基体材料，其修复过程如图1-3所示。
燕山大学工学硕士学位论文-4-图1-3热塑性修复剂修复材料裂纹Hayes等[17]利用双酚A与环氧氯丙烷反应得到的线性共聚物作为热塑性修复剂，以环氧树脂为热固性基体材料，在加热的条件下具有热塑性性质的共聚物熔融，流入裂纹中，冷却后分子链缠结使基体内部的裂纹修复。在Hayes等人研究中，加入的修复剂浓度为7.5%时，可以使树脂基体的力学性能恢复43%-50%，虽然修复效率较低但足以有效修复材料的基体损伤。实验中也可以选择具有形状记忆功能的材料作为基体，利用形状记忆产生的应力促进材料的自修复。JonahChampagne等[18]向基于聚苯乙烯的形状记忆材料中加入体积分数为6%热塑性的聚酯制备复合材料，探究约束等级，轴向约束应力以及修复时间对修复效率的影响，实验结果表明在100%横向约束，12MPa轴向约束应力和60min的加热时间的条件下材料强度可以完全恢复至初始状态。Wei等[19]主要研究了不同含量的PCL对PCL/环氧体系修复效率和形状记忆效应的影响，研究中发现环氧形状记忆基质和PCL形成了相分离结构，有利于PCL的熔融转变和环氧形状记忆基质的玻璃转变，这是发生自修复行为和形状记忆行为的关键因素。实验结果表明，当PCL含量为23.3%时，PCL-ESMP材料表现出优异的整体性能。Luo等[20]以环氧树脂为基体，PCL为热塑性修复剂制备复合材料，探究影响自修复性能的因素时发现，当PCL含量为15%时材料的修复效率最高。Rodriguez等[21]研究了PCL的形状记忆功能与自修复的关系，其实验中使用线性PCL作为热塑性修复剂，而网状的PCL作为热固性基体，来研究材料的修复效率。首先利用酯化反应将PCL的端羟基替换为丙烯酰基，然后再加入四硫醇，最终将线性改性PCL变为交联的网状结构，以热塑性的线性聚己内酯作为修复剂，制备了所需复合材料，利用
【参考文献】：
期刊论文
[1]静电纺丝制备自修复功能纤维及其自愈合性能表征[J]. 尚枝,汪东,郭靖,张青松,赵宁,徐坚,陈莉. 高分子学报. 2015(06)
本文编号：3493014
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微胶囊型自修复过程
第1章绪论-3-（2）中空纤维型自修复中空纤维型自修复与微胶囊自修复方式类似，将修复剂包裹进中空纤维中再加入到基体材料中，当材料产生裂纹损伤时，中空纤维断裂破坏，其内的修复剂流入裂纹修复损伤，其修复过程如图1-2所示。相比于微胶囊自修复，中空纤维自修复不仅能快速有效并多次修复裂纹，而且在基体材料中加入中空纤维可以提升材料本身强度，改善材料性能。现在研究中常用的中空纤维包括中空玻璃纤维，中空玻璃管，中空聚合物纤维等。图1-2中空纤维自修复过程最早Dry等[13-14]使用加入甲基丙烯酸甲酯的中空玻璃管来修复水泥混凝土。Min等[15]使用环氧树脂和固化剂作为修复剂，包裹在聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维中，探究材料的自修复性能。尚枝等[16]则使用聚苯乙烯，环氧树脂和固化剂利用静电纺丝制备了一种复合纤维，不仅能够实现材料的自修复，而且一定程度上提高了材料的强度。（3）热塑性修复剂热塑性聚合物由于其本身加热熔融，冷却固化的特点，实验中将具有热塑性的聚合物加入到材料中作为修复剂，当材料受到损伤并且处于热塑性修复剂的熔点之上时，其中的热塑性修复剂会在外力作用下熔融并流入至裂纹中，温度降至熔点之下，修复剂粘结裂纹，修复基体材料，其修复过程如图1-3所示。
燕山大学工学硕士学位论文-4-图1-3热塑性修复剂修复材料裂纹Hayes等[17]利用双酚A与环氧氯丙烷反应得到的线性共聚物作为热塑性修复剂，以环氧树脂为热固性基体材料，在加热的条件下具有热塑性性质的共聚物熔融，流入裂纹中，冷却后分子链缠结使基体内部的裂纹修复。在Hayes等人研究中，加入的修复剂浓度为7.5%时，可以使树脂基体的力学性能恢复43%-50%，虽然修复效率较低但足以有效修复材料的基体损伤。实验中也可以选择具有形状记忆功能的材料作为基体，利用形状记忆产生的应力促进材料的自修复。JonahChampagne等[18]向基于聚苯乙烯的形状记忆材料中加入体积分数为6%热塑性的聚酯制备复合材料，探究约束等级，轴向约束应力以及修复时间对修复效率的影响，实验结果表明在100%横向约束，12MPa轴向约束应力和60min的加热时间的条件下材料强度可以完全恢复至初始状态。Wei等[19]主要研究了不同含量的PCL对PCL/环氧体系修复效率和形状记忆效应的影响，研究中发现环氧形状记忆基质和PCL形成了相分离结构，有利于PCL的熔融转变和环氧形状记忆基质的玻璃转变，这是发生自修复行为和形状记忆行为的关键因素。实验结果表明，当PCL含量为23.3%时，PCL-ESMP材料表现出优异的整体性能。Luo等[20]以环氧树脂为基体，PCL为热塑性修复剂制备复合材料，探究影响自修复性能的因素时发现，当PCL含量为15%时材料的修复效率最高。Rodriguez等[21]研究了PCL的形状记忆功能与自修复的关系，其实验中使用线性PCL作为热塑性修复剂，而网状的PCL作为热固性基体，来研究材料的修复效率。首先利用酯化反应将PCL的端羟基替换为丙烯酰基，然后再加入四硫醇，最终将线性改性PCL变为交联的网状结构，以热塑性的线性聚己内酯作为修复剂，制备了所需复合材料，利用
【参考文献】：
期刊论文
[1]静电纺丝制备自修复功能纤维及其自愈合性能表征[J]. 尚枝,汪东,郭靖,张青松,赵宁,徐坚,陈莉. 高分子学报. 2015(06)
本文编号：3493014
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