酚醛树脂微胶囊的力学性能及其在自修复混凝土中的应用研究

发布时间：2017-08-06 23:07

  本文关键词：酚醛树脂微胶囊的力学性能及其在自修复混凝土中的应用研究

  更多相关文章： 微胶囊 力学性能 纳米压痕技术 酚醛树脂 自修复混凝土

【摘要】：微胶囊被广泛用于制药业、食品工业、农业、化妆品、纺织业、印刷业、生物传感技术、功能涂料和建筑等诸多领域,而微胶囊的力学性能是决定其应用的重要因素。以应用于自修复混凝土材料的微胶囊为例,微胶囊必须要有合适力学性能才能实现自修复效果,即在自修复混凝土材料制备过程中,微胶囊必须保持完整;当裂纹在混凝土基体中扩展时,微胶囊要能够在裂纹尖端应力的作用下破裂并释放修复剂才能实现自修复。然而,因微胶囊的尺寸小、粒径分布大,受到测量仪器等因素的限制,微胶囊的这些力学性能参数测定不易;在现有的文献中,多以有限元模拟建立模型的方法来对微胶囊的力学性能进行估计,却很难得到实测实验数据来对理论模型进行佐证。本文以酚醛树脂微胶囊为例,探索用纳米压痕技术来测定微胶囊的力学性能参数(破裂载荷、模量与硬度)的方法,并系统地讨论微胶囊的力学性能参数的影响因素,最后探索酚醛树脂微胶囊力学性能能否达到自修复混凝土的要求。本文研究的具体内容和结论如下:首先本文采用原位聚合法成功地制备了不同粒径和壁厚系列,芯材分别为十二烷(Dodecane)、双环戊二烯(DCPD)、环氧E-51(Epoxy-E-51)的酚醛树脂微胶囊,为微胶囊力学性能研究做准备。然后本文采用纳米压痕准静态模块(XP)中自行改进的深度控制法,并配上1mm的金刚石平板压头对微胶囊进行板压,得到微胶囊的位移-载荷曲线;从该曲线中可以快速准确地得到微胶囊的破裂载荷;采用纳米压痕准静态模块(XP)中的连续刚度法,并配上半径小于20nm的玻氏压头(Berkovich indenter)对微胶囊壁材进行压痕测试,得到微胶囊壁材的位移-载荷曲线,并用数学推演的方式讨论了Oliver-Pharr方法处理曲线的问题所在;并从能量的角度,推导出了从该曲线准确提取微胶囊壁材模量与硬度的方法,计算结果与Oliver-Pharr方法的理论模拟估计结果相吻合;实验测得酚醛树脂微胶囊的壁材的模量约为2.46GPa.最后本文系统探索了微胶囊力学性能的影响因素及酚醛树脂微胶囊用于自修复混凝土的可行性,实验结果表明:微胶囊的破裂载荷随其粒径的增大而减小,随其壁厚的增大而增大,与粒径壁厚比成线性关系;微胶囊的模量是个伪命题,微胶囊的模量随实验测试条件(压入深度)的改变而改变;微胶囊壁材的模量与硬度与粒径、壁厚无关,只与制备工艺有关;在一定范围内,壁材的硬度随其交联固化时间的增大而增大,微胶囊的破裂载荷随滴酸速度的减小而增大;酚醛树脂微胶囊在碱性条件下具有良好的耐久性,在自修复混凝土产生裂纹时,能够破裂并释放修复剂。
【关键词】：微胶囊 力学性能 纳米压痕技术 酚醛树脂 自修复混凝土
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 自修复材料简介11-13
• 1.1.1 自修复材料的分类11-12
• 1.1.2 自修复混凝土12-13
• 1.2 微胶囊技术简介13-16
• 1.2.1 微胶囊的概念及分类13-14
• 1.2.2 微胶囊的制备方法14-15
• 1.2.3 微胶囊的功能与运用15-16
• 1.3 用于自修复混凝土的微胶囊16-19
• 1.3.1 微胶囊的触发方式16-17
• 1.3.2 微胶囊芯材的选择17-18
• 1.3.3 微胶囊壁材的选择18-19
• 1.4 以酚醛树脂为壁材的微胶囊19-21
• 1.4.1 酚醛树脂简介19-20
• 1.4.2 以酚醛树脂为壁材微胶囊研究现状20-21
• 1.5 微胶囊力学性能的研究进展21-25
• 1.5.1 微胶囊力学性能研究的意义21
• 1.5.2 微胶囊的力学性能的表征方法及研究进展21-25
• 1.5.3 微胶囊力学性能研究亟需解决的问题25
• 1.6 纳米压痕技术25-26
• 1.7 本文研究主要内容及创新点26-27
• 第2章 实验部分27-34
• 2.1 实验原料及仪器设备27-29
• 2.1.1 主要原料27-28
• 2.1.2 仪器设备28-29
• 2.2 微胶囊制备工艺29-30
• 2.2.1 酚醛树脂包覆环氧E-51 微胶囊的制备工艺29
• 2.2.2 酚醛树脂包覆双环戊二烯微胶囊的制备工艺29-30
• 2.2.3 酚醛树脂包覆十二烷微胶囊的制备工艺30
• 2.3 微胶囊破裂载荷测试试样的制备30
• 2.4 微胶囊壁材模量测试试样的制备30
• 2.5 XCT测试试块的制备30-31
• 2.6 微胶囊壁材与水泥基基体结合力测试试样的制备31
• 2.7 微胶囊的性能测试与结果表征31-34
• 2.7.1 单个微胶囊的粒径及壁厚测试31
• 2.7.2 微胶囊的粒径分布测试31-32
• 2.7.3 微胶囊的热稳定性与碱性条件下的耐久性测试32
• 2.7.4 微胶囊压至破裂情况下的位移载荷曲线测定32
• 2.7.5 微胶囊的壁材压痕位移-载荷曲线测定32
• 2.7.6 微胶囊壁材与水泥基基体结合力测试32-33
• 2.7.7 微胶囊在水泥基体中的分布及水泥试块加压后的微胶囊破裂情况测试33-34
• 第3章 酚醛树脂微胶囊的破裂载荷测定及其影响因素34-42
• 3.1 引言34
• 3.2 酚醛树脂微胶囊的破裂载荷34-37
• 3.3 微胶囊的粒径对微胶囊破裂载荷的影响37-38
• 3.4 微胶囊的壁厚对微胶囊破裂载荷的影响38-39
• 3.5 微胶囊壁厚与粒径的比值与微胶囊破裂载荷的关系39-40
• 3.6 芯材对微胶囊破裂载荷影响40-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 酚醛树脂微胶囊及壁材模量与硬度的测定及其影响因素42-52
• 4.1 引言42-43
• 4.2 酚醛树脂微胶囊壁材的压痕测试43
• 4.3 酚醛树脂微胶囊壁材模量与硬度的计算43-50
• 4.3.1 纳米压痕理论44-45
• 4.3.2 Oliver-Pharr处理数据方法概述45-46
• 4.3.3 Oliver-Pharr方法分析46
• 4.3.4 压入能量法46-48
• 4.3.5 Oliver-Pharr方法和压入能量法分别处理硅片位移-载荷曲线及结果比较48
• 4.3.6 Oliver-Pharr方法和压入能量法分别处理微胶囊壁材位移-载荷曲线及结果比较48-50
• 4.4 微胶囊壁材的模量与硬度和微胶囊粒径、壁厚的关系50
• 4.5 酚醛树脂微胶囊的模量50-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 酚醛树脂微胶囊在混凝土材料中的触发研究52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 悬浮法区分微胶囊的包覆质量52
• 5.3 微胶囊在碱性条件下的耐久性52-55
• 5.4 微胶囊壁材与混凝土基体的结合强度55-56
• 5.5 微胶囊在混凝土材料中的力学触发响应56-58
• 5.6 本章小结58-60
• 第6章 酚醛树脂微胶囊的制备工艺对其物理性能的影响60-67
• 6.1 引言60
• 6.2 滴酸速度对微胶囊物理性能影响60-63
• 6.2.1 滴酸速度对微胶囊表面形貌及产率的影响60-61
• 6.2.2 滴酸速度对单个微胶囊破裂载荷的影响61-62
• 6.2.3 滴酸速度对微胶囊壁材的形貌及模量影响62-63
• 6.3 搅拌速率对微胶囊粒径分布及平均粒径的影响63-65
• 6.4 交联固化时间对微胶囊形貌及壁材硬度的影响65-66
• 6.5 本章小结66-67
• 第7章 结论67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间的研究成果74

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 裴在智;微胶囊技术及其在纺织品中的应用[J];广东化纤;2000年03期

2 罗志刚,杨连生;整合微胶囊技术在我国的应用[J];食品研究与开发;2002年03期

3 刘学贤;微胶囊技术与应用[J];中国禽业导刊;2003年20期

4 郭润兰,李文辉;微胶囊技术在印刷中的应用[J];广东印刷;2004年05期

5 李长政,彭传丰,刘昌辉;微胶囊技术在品种盐开发中的应用[J];中国井矿盐;2005年01期

6 ;饮料中的新工艺—微胶囊技术[J];福建轻纺;2006年03期

7 李瑜;庞凌云;;食品工业微胶囊技术的研究进展[J];贵州农业科学;2009年11期

8 韩薇妍;赵有玺;龚平;;微胶囊结构与性能的研究进展[J];中国生物工程杂志;2010年01期

9 洪柯江;滕斌;李宜;;微胶囊技术及其在农产品加工领域中的应用[J];中国农机化;2010年02期

10 中药;;农药微胶囊技术是个啥?[J];农药市场信息;2011年23期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 凌峰;;微胶囊技术[A];第25届[2005]中国洗涤用品行业年会论文集[C];2005年

2 李海燕;王荣国;刘文博;郝焕英;;原位聚合法制备复合材料自修复用微胶囊的研究[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集（上册）[C];2008年

3 王兴福;张志勇;;色织面料微生素护肤整理[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年

4 郭艳珍;杨倩;彭邈;王祥尊;钱坤;何林;;农药微胶囊缓释剂的研究进展[A];“创新驱动与现代植保”——中国植物保护学会第十一次全国会员代表大会暨2013年学术年会论文集[C];2013年

5 田云;卢向阳;何小解;黄成江;易克;罗泽民;;儿茶素微胶囊的制备研究[A];2004年全国生物技术学术研讨会论文集[C];2004年

6 李晓苇;赖伟东;江晓利;孙曙旭;;光热敏微胶囊信息记录存储材料热显影特性研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

7 江晓利;;光热敏微胶囊记录技术研究[A];2008非银盐影像技术及材料发展与应用学术研讨会论文集[C];2008年

8 康诗钊;杨熠锴;玉山江;穆劲;;亚硫酸钠微胶囊的制备及其稳定性研究[A];上海市化学化工学会2006年度学术年会论文摘要集[C];2006年

9 王兴福;刘建国;;毛纺织物微生素护肤整理[A];第28届全国毛纺年会论文集[C];2008年

10 姚丽;容敏智;章明秋;;原位聚合法制备自修复用甲基丙烯酸甲酯微胶囊[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前9条

1 陆慕寒;新技术为浪漫生活添彩[N];中国纺织报;2007年

2 本报记者 辛永刚 通讯员 黄生聪;新昌制药健康食品配料创新做大[N];中国食品报;2009年

3 刘国信;微胶囊技术在食品添加剂中的应用(下)[N];中国国门时报;2006年

4 华凌;“纳米级植物微胶囊”技术异军突起[N];科技日报;2001年

5 ;相变微囊技术在功能性面料上的应用[N];中国纺织报;2003年

6 山东鸿兴源食品有限公司 张佳 高金健;微胶囊技术在鸡精产品的应用[N];中国食品报;2013年

7 编译 康佳媛;后整理“微”力无穷[N];中国纺织报;2014年

8 ;估筱香衫美人[N];中国服饰报;2007年

9 组稿 徐戎 欧阳光明 孔爱民;南昌大学取得十大标志性成果[N];江西日报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 封志强;基于新驱动力模板微胶囊的制备及性能研究[D];浙江大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘小凡;基于模板法的聚氨酯微胶囊的制备及其性能研究[D];浙江大学;2015年

2 亓苗;含驱蚊酯有效成分驱蚊粒子的制备及相关性能研究[D];上海应用技术学院;2016年

3 于翠;乳液聚合法紫外隔离微胶囊的制备与表征[D];上海应用技术大学;2016年

4 肖福生;酚醛树脂微胶囊的力学性能及其在自修复混凝土中的应用研究[D];深圳大学;2016年

5 朱孟花;微胶囊自修复复合材料的制备及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

6 赵瑞鹏;肉桂精油微胶囊的制备及其抑菌效果研究[D];上海应用技术学院;2015年

7 韩元元;用于光动力治疗的模板组装微胶囊的制备及其性能研究[D];浙江大学;2012年

8 曾瑜;基于无机模板光敏微胶囊的制备及其在光动力学疗法中的应用[D];北京化工大学;2011年

9 赵钊;自修复复合材料中微胶囊破裂行为研究[D];天津大学;2014年

10 李德斌;双岐杆菌微胶囊技术的研究[D];东北林业大学;2004年

，

本文编号：631812