本文關(guān)鍵詞：酚醛樹脂微膠囊的力學性能及其在自修復(fù)混凝土中的應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 微膠囊 力學性能 納米壓痕技術(shù) 酚醛樹脂 自修復(fù)混凝土

【摘要】：微膠囊被廣泛用于制藥業(yè)、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、化妝品、紡織業(yè)、印刷業(yè)、生物傳感技術(shù)、功能涂料和建筑等諸多領(lǐng)域,而微膠囊的力學性能是決定其應(yīng)用的重要因素。以應(yīng)用于自修復(fù)混凝土材料的微膠囊為例,微膠囊必須要有合適力學性能才能實現(xiàn)自修復(fù)效果,即在自修復(fù)混凝土材料制備過程中,微膠囊必須保持完整;當裂紋在混凝土基體中擴展時,微膠囊要能夠在裂紋尖端應(yīng)力的作用下破裂并釋放修復(fù)劑才能實現(xiàn)自修復(fù)。然而,因微膠囊的尺寸小、粒徑分布大,受到測量儀器等因素的限制,微膠囊的這些力學性能參數(shù)測定不易;在現(xiàn)有的文獻中,多以有限元模擬建立模型的方法來對微膠囊的力學性能進行估計,卻很難得到實測實驗數(shù)據(jù)來對理論模型進行佐證。本文以酚醛樹脂微膠囊為例,探索用納米壓痕技術(shù)來測定微膠囊的力學性能參數(shù)(破裂載荷、模量與硬度)的方法,并系統(tǒng)地討論微膠囊的力學性能參數(shù)的影響因素,最后探索酚醛樹脂微膠囊力學性能能否達到自修復(fù)混凝土的要求。本文研究的具體內(nèi)容和結(jié)論如下:首先本文采用原位聚合法成功地制備了不同粒徑和壁厚系列,芯材分別為十二烷(Dodecane)、雙環(huán)戊二烯(DCPD)、環(huán)氧E-51(Epoxy-E-51)的酚醛樹脂微膠囊,為微膠囊力學性能研究做準備。然后本文采用納米壓痕準靜態(tài)模塊(XP)中自行改進的深度控制法,并配上1mm的金剛石平板壓頭對微膠囊進行板壓,得到微膠囊的位移-載荷曲線;從該曲線中可以快速準確地得到微膠囊的破裂載荷;采用納米壓痕準靜態(tài)模塊(XP)中的連續(xù)剛度法,并配上半徑小于20nm的玻氏壓頭(Berkovich indenter)對微膠囊壁材進行壓痕測試,得到微膠囊壁材的位移-載荷曲線,并用數(shù)學推演的方式討論了Oliver-Pharr方法處理曲線的問題所在;并從能量的角度,推導出了從該曲線準確提取微膠囊壁材模量與硬度的方法,計算結(jié)果與Oliver-Pharr方法的理論模擬估計結(jié)果相吻合;實驗測得酚醛樹脂微膠囊的壁材的模量約為2.46GPa.最后本文系統(tǒng)探索了微膠囊力學性能的影響因素及酚醛樹脂微膠囊用于自修復(fù)混凝土的可行性,實驗結(jié)果表明:微膠囊的破裂載荷隨其粒徑的增大而減小,隨其壁厚的增大而增大,與粒徑壁厚比成線性關(guān)系;微膠囊的模量是個偽命題,微膠囊的模量隨實驗測試條件(壓入深度)的改變而改變;微膠囊壁材的模量與硬度與粒徑、壁厚無關(guān),只與制備工藝有關(guān);在一定范圍內(nèi),壁材的硬度隨其交聯(lián)固化時間的增大而增大,微膠囊的破裂載荷隨滴酸速度的減小而增大;酚醛樹脂微膠囊在堿性條件下具有良好的耐久性,在自修復(fù)混凝土產(chǎn)生裂紋時,能夠破裂并釋放修復(fù)劑。
【關(guān)鍵詞】：微膠囊 力學性能 納米壓痕技術(shù) 酚醛樹脂 自修復(fù)混凝土
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU528
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-27
• 1.1 自修復(fù)材料簡介11-13
• 1.1.1 自修復(fù)材料的分類11-12
• 1.1.2 自修復(fù)混凝土12-13
• 1.2 微膠囊技術(shù)簡介13-16
• 1.2.1 微膠囊的概念及分類13-14
• 1.2.2 微膠囊的制備方法14-15
• 1.2.3 微膠囊的功能與運用15-16
• 1.3 用于自修復(fù)混凝土的微膠囊16-19
• 1.3.1 微膠囊的觸發(fā)方式16-17
• 1.3.2 微膠囊芯材的選擇17-18
• 1.3.3 微膠囊壁材的選擇18-19
• 1.4 以酚醛樹脂為壁材的微膠囊19-21
• 1.4.1 酚醛樹脂簡介19-20
• 1.4.2 以酚醛樹脂為壁材微膠囊研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 微膠囊力學性能的研究進展21-25
• 1.5.1 微膠囊力學性能研究的意義21
• 1.5.2 微膠囊的力學性能的表征方法及研究進展21-25
• 1.5.3 微膠囊力學性能研究亟需解決的問題25
• 1.6 納米壓痕技術(shù)25-26
• 1.7 本文研究主要內(nèi)容及創(chuàng)新點26-27
• 第2章 實驗部分27-34
• 2.1 實驗原料及儀器設(shè)備27-29
• 2.1.1 主要原料27-28
• 2.1.2 儀器設(shè)備28-29
• 2.2 微膠囊制備工藝29-30
• 2.2.1 酚醛樹脂包覆環(huán)氧E-51 微膠囊的制備工藝29
• 2.2.2 酚醛樹脂包覆雙環(huán)戊二烯微膠囊的制備工藝29-30
• 2.2.3 酚醛樹脂包覆十二烷微膠囊的制備工藝30
• 2.3 微膠囊破裂載荷測試試樣的制備30
• 2.4 微膠囊壁材模量測試試樣的制備30
• 2.5 XCT測試試塊的制備30-31
• 2.6 微膠囊壁材與水泥基基體結(jié)合力測試試樣的制備31
• 2.7 微膠囊的性能測試與結(jié)果表征31-34
• 2.7.1 單個微膠囊的粒徑及壁厚測試31
• 2.7.2 微膠囊的粒徑分布測試31-32
• 2.7.3 微膠囊的熱穩(wěn)定性與堿性條件下的耐久性測試32
• 2.7.4 微膠囊壓至破裂情況下的位移載荷曲線測定32
• 2.7.5 微膠囊的壁材壓痕位移-載荷曲線測定32
• 2.7.6 微膠囊壁材與水泥基基體結(jié)合力測試32-33
• 2.7.7 微膠囊在水泥基體中的分布及水泥試塊加壓后的微膠囊破裂情況測試33-34
• 第3章 酚醛樹脂微膠囊的破裂載荷測定及其影響因素34-42
• 3.1 引言34
• 3.2 酚醛樹脂微膠囊的破裂載荷34-37
• 3.3 微膠囊的粒徑對微膠囊破裂載荷的影響37-38
• 3.4 微膠囊的壁厚對微膠囊破裂載荷的影響38-39
• 3.5 微膠囊壁厚與粒徑的比值與微膠囊破裂載荷的關(guān)系39-40
• 3.6 芯材對微膠囊破裂載荷影響40-41
• 3.7 本章小結(jié)41-42
• 第4章 酚醛樹脂微膠囊及壁材模量與硬度的測定及其影響因素42-52
• 4.1 引言42-43
• 4.2 酚醛樹脂微膠囊壁材的壓痕測試43
• 4.3 酚醛樹脂微膠囊壁材模量與硬度的計算43-50
• 4.3.1 納米壓痕理論44-45
• 4.3.2 Oliver-Pharr處理數(shù)據(jù)方法概述45-46
• 4.3.3 Oliver-Pharr方法分析46
• 4.3.4 壓入能量法46-48
• 4.3.5 Oliver-Pharr方法和壓入能量法分別處理硅片位移-載荷曲線及結(jié)果比較48
• 4.3.6 Oliver-Pharr方法和壓入能量法分別處理微膠囊壁材位移-載荷曲線及結(jié)果比較48-50
• 4.4 微膠囊壁材的模量與硬度和微膠囊粒徑、壁厚的關(guān)系50
• 4.5 酚醛樹脂微膠囊的模量50-51
• 4.6 本章小結(jié)51-52
• 第5章 酚醛樹脂微膠囊在混凝土材料中的觸發(fā)研究52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 懸浮法區(qū)分微膠囊的包覆質(zhì)量52
• 5.3 微膠囊在堿性條件下的耐久性52-55
• 5.4 微膠囊壁材與混凝土基體的結(jié)合強度55-56
• 5.5 微膠囊在混凝土材料中的力學觸發(fā)響應(yīng)56-58
• 5.6 本章小結(jié)58-60
• 第6章 酚醛樹脂微膠囊的制備工藝對其物理性能的影響60-67
• 6.1 引言60
• 6.2 滴酸速度對微膠囊物理性能影響60-63
• 6.2.1 滴酸速度對微膠囊表面形貌及產(chǎn)率的影響60-61
• 6.2.2 滴酸速度對單個微膠囊破裂載荷的影響61-62
• 6.2.3 滴酸速度對微膠囊壁材的形貌及模量影響62-63
• 6.3 攪拌速率對微膠囊粒徑分布及平均粒徑的影響63-65
• 6.4 交聯(lián)固化時間對微膠囊形貌及壁材硬度的影響65-66
• 6.5 本章小結(jié)66-67
• 第7章 結(jié)論67-68
• 參考文獻68-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士學位期間的研究成果74

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