【摘要】：涂料因施工簡單、成本較低、效果優(yōu)異、易于維護等優(yōu)點廣泛用于海洋工程的防腐。海洋工程裝備服役過程受外部環(huán)境和作業(yè)過程中機械作用影響,表面涂層不可避免地會受到損傷,若不及時修復則會使金屬基材和部分非金屬零部件發(fā)生腐蝕,影響結(jié)構(gòu)強度和可靠性,不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失,甚至導致災難性事故的發(fā)生。涂裝有自修復功能的防腐涂料是解決這一問題的有效途徑。目前,針對涂層自修復技術(shù)的研究有很多,但由于受修復機制和作用原理的限制,單一修復技術(shù)應用于涂層自修復時,通常會有一定的局限性,一定程度上限制了自修復涂料的修復效果和實際修復效果。本論文綜合采用微膠囊修復技術(shù)和形狀記憶修復技術(shù)的優(yōu)勢,借助其響應觸發(fā)機理不同的原理,通過技術(shù)手段實現(xiàn)兩種不同機制間的有效協(xié)同作用,實現(xiàn)對多種尺寸涂層裂紋的修復。主要開展以下研究:(1)研究采用溶液聚合法制備用于涂層自修復的微膠囊方法;通過調(diào)控囊芯/囊壁的選材及合成工藝參數(shù),實現(xiàn)微膠囊尺寸的控制和工藝優(yōu)化;在此基礎(chǔ)上,借助化學接支和物理共混的方式探究改性技術(shù),實現(xiàn)分別針對熱場、磁場、電場、H~+等不同因素的動力驅(qū)動劑,使微膠囊具備靶向作用特性。綜合考慮芯壁質(zhì)量比、乳化劑種類、乳化劑質(zhì)量分數(shù)及酸化時間等因素對形成的微膠囊的包覆率、平均粒徑等性能影響的基礎(chǔ)上采用最優(yōu)配方進行合成。研究結(jié)果表明,當芯壁質(zhì)量比(2:1)、乳化劑種類及質(zhì)量分數(shù)分別是0.8%的阿拉伯膠、攪拌速率為1500 r/min時,制備的微膠囊分散性較好,粒徑較小,囊壁較薄,且微膠囊表面粗糙,利于在基體中分散。微膠囊的熱穩(wěn)定性能較好。(2)采用乳液聚合法合成具有形狀記憶特性的聚氨酯成膜物;根據(jù)實際服役環(huán)境,分別選擇不同的軟段/硬段和交聯(lián)劑等單體,通過調(diào)控軟硬段含量及制備工藝參數(shù)實現(xiàn)適合不同環(huán)境的形狀記憶成膜物;借助紅外光譜、失重分析、形狀記憶性能、核磁共振譜等,研究了硬段含量對形狀記憶聚氨酯結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)線型形狀記憶聚氨酯以軟段的“結(jié)晶-熔融”相轉(zhuǎn)變?yōu)樾螤钣洃洐C理的。所以,軟段在室溫條件下具有良好的結(jié)晶性是其具有形狀記憶功能的必要條件之一,硬段含量為30~40%時形成的硬段微區(qū),能夠有效起到物理交聯(lián)點的作用。通過紅外光譜、固含量測定、形狀記憶性能等一系列表征手段對合成的形狀記憶聚氨酯進行性能表征,試驗結(jié)果表明當硬段含量為30~40%時,形狀記憶性能及各項性能最佳。深層次揭示了形狀記憶成膜物的設(shè)計思路和合成方法。(3)通過物理共混的方式將靶向修復微膠囊與形狀記憶成膜物進行負載,以此為主體搭配其他顏填料制備自修復智能涂料,利用不同修復技術(shù)的觸發(fā)因素差異特點,實現(xiàn)不同修復技術(shù)的有序表達、協(xié)同修復和優(yōu)勢互補,分別提出“先鈍化-后回復”和“鈍化同時回復”兩種協(xié)同自修復機制;同時從物理修復和化學修復兩種角度實現(xiàn)對大尺寸劃痕的修復,使得整體修復率可達85%以上,并解決修復后涂層與基體結(jié)合力不強的問題;引入感應自加熱和特定因素響應機制,拓展了自修復涂層適用環(huán)境范圍。,在實驗室測試和外場暴露試驗中均性能較為優(yōu)異,具有一定推廣應用價值,為后續(xù)高性能智能自修復涂層的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖1.1液芯/中空纖維自修復示意圖[12] 1.1 Schematic diagram of liquid core/hollow fiber self

微膠囊結(jié)構(gòu)示意圖Figure3.1Microcapsulestructurediagram
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院海洋研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P755.3

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