具有自修復性能的環(huán)氧樹脂復合材料的制備及性能研究
發(fā)布時間：2021-11-13 12:24
隨著科技的進步和發(fā)展,越來越多的新材料應用到我們的生產生活中,其中自修復熱固性材料是一個研究熱點。由于熱固性材料本身的特點,一旦損壞就無法繼續(xù)使用,而賦予材料自修復性能就能解決這一問題,延長使用壽命,廣泛應用于電子器件、航空航天、生物醫(yī)學等諸多領域。本文以環(huán)氧樹脂（E-51）為基體材料,將聚己內酯（PCL）經過改性處理的產物,文中稱為GPCL,作為修復劑,制備了具有自修復性能的環(huán)氧樹脂復合材料。通過差示掃描量熱法、熱失重分析、傅里葉紅外光譜、萬能電子試驗機、形狀記憶測試、偏光顯微鏡等對材料進行熱學性能、自修復性能和形狀記憶性能的測試和表征,并詳細分析材料的自修復性能。研究發(fā)現,PCL的改性處理研究結果表明,,隨著催化劑4-二甲氨基吡啶（DMAP）含量的增加,制得的EP-GP復合材料的自修復性能有所提高。分析了基體材料的自修復性能和時間、溫度、修復劑組分以及自修復次數的關系發(fā)現,基體試樣沒有損傷的前提下,在150oC下加熱修復15min時,GP15（GPCL質量分數為15%）試樣的自修復性能是最優(yōu)異的,在五次加熱修復循環(huán)之后仍有較好的修復能力,通過偏光顯微鏡下的劃痕...
【文章來源】：燕山大學河北省
【文章頁數】：56 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
微膠囊型自修復過程
第1章緒論-3-（2）中空纖維型自修復中空纖維型自修復與微膠囊自修復方式類似，將修復劑包裹進中空纖維中再加入到基體材料中，當材料產生裂紋損傷時，中空纖維斷裂破壞，其內的修復劑流入裂紋修復損傷，其修復過程如圖1-2所示。相比于微膠囊自修復，中空纖維自修復不僅能快速有效并多次修復裂紋，而且在基體材料中加入中空纖維可以提升材料本身強度，改善材料性能�，F在研究中常用的中空纖維包括中空玻璃纖維，中空玻璃管，中空聚合物纖維等。圖1-2中空纖維自修復過程最早Dry等[13-14]使用加入甲基丙烯酸甲酯的中空玻璃管來修復水泥混凝土。Min等[15]使用環(huán)氧樹脂和固化劑作為修復劑，包裹在聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維中，探究材料的自修復性能。尚枝等[16]則使用聚苯乙烯，環(huán)氧樹脂和固化劑利用靜電紡絲制備了一種復合纖維，不僅能夠實現材料的自修復，而且一定程度上提高了材料的強度。（3）熱塑性修復劑熱塑性聚合物由于其本身加熱熔融，冷卻固化的特點，實驗中將具有熱塑性的聚合物加入到材料中作為修復劑，當材料受到損傷并且處于熱塑性修復劑的熔點之上時，其中的熱塑性修復劑會在外力作用下熔融并流入至裂紋中，溫度降至熔點之下，修復劑粘結裂紋，修復基體材料，其修復過程如圖1-3所示。
燕山大學工學碩士學位論文-4-圖1-3熱塑性修復劑修復材料裂紋Hayes等[17]利用雙酚A與環(huán)氧氯丙烷反應得到的線性共聚物作為熱塑性修復劑，以環(huán)氧樹脂為熱固性基體材料，在加熱的條件下具有熱塑性性質的共聚物熔融，流入裂紋中，冷卻后分子鏈纏結使基體內部的裂紋修復。在Hayes等人研究中，加入的修復劑濃度為7.5%時，可以使樹脂基體的力學性能恢復43%-50%，雖然修復效率較低但足以有效修復材料的基體損傷。實驗中也可以選擇具有形狀記憶功能的材料作為基體，利用形狀記憶產生的應力促進材料的自修復。JonahChampagne等[18]向基于聚苯乙烯的形狀記憶材料中加入體積分數為6%熱塑性的聚酯制備復合材料，探究約束等級，軸向約束應力以及修復時間對修復效率的影響，實驗結果表明在100%橫向約束，12MPa軸向約束應力和60min的加熱時間的條件下材料強度可以完全恢復至初始狀態(tài)。Wei等[19]主要研究了不同含量的PCL對PCL/環(huán)氧體系修復效率和形狀記憶效應的影響，研究中發(fā)現環(huán)氧形狀記憶基質和PCL形成了相分離結構，有利于PCL的熔融轉變和環(huán)氧形狀記憶基質的玻璃轉變，這是發(fā)生自修復行為和形狀記憶行為的關鍵因素。實驗結果表明，當PCL含量為23.3%時，PCL-ESMP材料表現出優(yōu)異的整體性能。Luo等[20]以環(huán)氧樹脂為基體，PCL為熱塑性修復劑制備復合材料，探究影響自修復性能的因素時發(fā)現，當PCL含量為15%時材料的修復效率最高。Rodriguez等[21]研究了PCL的形狀記憶功能與自修復的關系，其實驗中使用線性PCL作為熱塑性修復劑，而網狀的PCL作為熱固性基體，來研究材料的修復效率。首先利用酯化反應將PCL的端羥基替換為丙烯酰基，然后再加入四硫醇，最終將線性改性PCL變?yōu)榻宦摰木W狀結構，以熱塑性的線性聚己內酯作為修復劑，制備了所需復合材料，利用
【參考文獻】：
期刊論文
[1]靜電紡絲制備自修復功能纖維及其自愈合性能表征[J]. 尚枝,汪東,郭靖,張青松,趙寧,徐堅,陳莉. 高分子學報. 2015(06)
本文編號：3493014
【文章來源】：燕山大學河北省
【文章頁數】：56 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
微膠囊型自修復過程
第1章緒論-3-（2）中空纖維型自修復中空纖維型自修復與微膠囊自修復方式類似，將修復劑包裹進中空纖維中再加入到基體材料中，當材料產生裂紋損傷時，中空纖維斷裂破壞，其內的修復劑流入裂紋修復損傷，其修復過程如圖1-2所示。相比于微膠囊自修復，中空纖維自修復不僅能快速有效并多次修復裂紋，而且在基體材料中加入中空纖維可以提升材料本身強度，改善材料性能�，F在研究中常用的中空纖維包括中空玻璃纖維，中空玻璃管，中空聚合物纖維等。圖1-2中空纖維自修復過程最早Dry等[13-14]使用加入甲基丙烯酸甲酯的中空玻璃管來修復水泥混凝土。Min等[15]使用環(huán)氧樹脂和固化劑作為修復劑，包裹在聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維中，探究材料的自修復性能。尚枝等[16]則使用聚苯乙烯，環(huán)氧樹脂和固化劑利用靜電紡絲制備了一種復合纖維，不僅能夠實現材料的自修復，而且一定程度上提高了材料的強度。（3）熱塑性修復劑熱塑性聚合物由于其本身加熱熔融，冷卻固化的特點，實驗中將具有熱塑性的聚合物加入到材料中作為修復劑，當材料受到損傷并且處于熱塑性修復劑的熔點之上時，其中的熱塑性修復劑會在外力作用下熔融并流入至裂紋中，溫度降至熔點之下，修復劑粘結裂紋，修復基體材料，其修復過程如圖1-3所示。
燕山大學工學碩士學位論文-4-圖1-3熱塑性修復劑修復材料裂紋Hayes等[17]利用雙酚A與環(huán)氧氯丙烷反應得到的線性共聚物作為熱塑性修復劑，以環(huán)氧樹脂為熱固性基體材料，在加熱的條件下具有熱塑性性質的共聚物熔融，流入裂紋中，冷卻后分子鏈纏結使基體內部的裂紋修復。在Hayes等人研究中，加入的修復劑濃度為7.5%時，可以使樹脂基體的力學性能恢復43%-50%，雖然修復效率較低但足以有效修復材料的基體損傷。實驗中也可以選擇具有形狀記憶功能的材料作為基體，利用形狀記憶產生的應力促進材料的自修復。JonahChampagne等[18]向基于聚苯乙烯的形狀記憶材料中加入體積分數為6%熱塑性的聚酯制備復合材料，探究約束等級，軸向約束應力以及修復時間對修復效率的影響，實驗結果表明在100%橫向約束，12MPa軸向約束應力和60min的加熱時間的條件下材料強度可以完全恢復至初始狀態(tài)。Wei等[19]主要研究了不同含量的PCL對PCL/環(huán)氧體系修復效率和形狀記憶效應的影響，研究中發(fā)現環(huán)氧形狀記憶基質和PCL形成了相分離結構，有利于PCL的熔融轉變和環(huán)氧形狀記憶基質的玻璃轉變，這是發(fā)生自修復行為和形狀記憶行為的關鍵因素。實驗結果表明，當PCL含量為23.3%時，PCL-ESMP材料表現出優(yōu)異的整體性能。Luo等[20]以環(huán)氧樹脂為基體，PCL為熱塑性修復劑制備復合材料，探究影響自修復性能的因素時發(fā)現，當PCL含量為15%時材料的修復效率最高。Rodriguez等[21]研究了PCL的形狀記憶功能與自修復的關系，其實驗中使用線性PCL作為熱塑性修復劑，而網狀的PCL作為熱固性基體，來研究材料的修復效率。首先利用酯化反應將PCL的端羥基替換為丙烯酰基，然后再加入四硫醇，最終將線性改性PCL變?yōu)榻宦摰木W狀結構，以熱塑性的線性聚己內酯作為修復劑，制備了所需復合材料，利用
【參考文獻】：
期刊論文
[1]靜電紡絲制備自修復功能纖維及其自愈合性能表征[J]. 尚枝,汪東,郭靖,張青松,趙寧,徐堅,陳莉. 高分子學報. 2015(06)
本文編號：3493014
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