复合材料自修复用微胶囊的制备及性能表征

摘要

聚合物基复合材料在使用过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，导致材料机械力学等性能下降，因此对微裂纹的及时修复是非常重要的，从而引出了一种新的材料—自修复材料。自修复材料的研制成功可以大大延长材料的使用寿命，特别是在那些人们很难进行现场修复的，如航空器、桥梁等复合材料应用领域，其应用潜力巨大。
　　对复合材料进行自修复的方式之一是采用微胶囊技术。基于微胶囊技术的自修复材料是指将内包有修复液的微胶囊和催化剂分散于聚合物中，当产生裂纹时，伸展裂纹将导致微胶囊的破裂，其中的修复液被释放并由于毛细管作用流入裂缝中；当修复液与埋在聚合物中的催化剂相遇时，聚合反应被触发，将裂缝两面粘合，从而达到修复效果。
　　本文采用原位聚合法，以尿素、甲醛为囊壁原料，以双环戊二烯(DCPD)为囊芯，合成脲醛树脂包覆DCPD微胶囊。为保证微胶囊的使用性，本文对微胶囊合成过程中乳化剂的选择及用量和原料配比进行了深入研究，确定了优化的合成工艺；通过光学-摄影显微镜(OM)观察并测量微胶囊粒径的大小及分布；采用扫描电子显微镜(SEM)观察微胶囊的表面形貌，测量微胶囊的壁厚；利用红外光谱(FTIR)分析判定微胶囊壁材是否形成；通过热失重(TGA)、差示扫描量热法(DSC)实验分析了微胶囊产品的热性能；另外还研究了微胶囊产品的缓释性能。
　　研究结果表明，采用原位聚合法成功合成了以DCPD为囊芯的脲醛树脂微胶囊。优化的微胶囊合成工艺为：囊壁与囊芯的质量比为0.5:1，终点pH=2.5～3.0，乳化剂使用0.5g/L的DBS水溶液，搅拌速率为500r/min，控温60℃反应2～3h。在微胶囊合成过程中，原料配比、终点pH值、乳化剂种类与用量等对微胶囊产品的性能有很大的影响，且对微胶囊的合成状态有直接影响。

目录

书签

复合材料自修复用微胶囊的制备及性能表征

SYNTHETIC AND CHARACTERIZATION OF MICROCAPSULES FOR SELF-HEALING POLYMER COMPOSITE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 微胶囊技术

1.2 微胶囊自修复技术概述

1.3 本课题研究的目的和意义

1.4 本课题研究的主要内容

第2章 实验部分

2.1 实验原料及仪器设备

2.2 微胶囊的合成

2.3 微胶囊的结构表征与性能测试

第3章 脲醛树脂包覆DCPD微胶囊的合成

3.1 乳化剂及其分类

3.2 乳化剂作用机理

3.3 乳化剂的选择

3.4 乳化剂对微胶囊物性的影响

3.5 原料配比对微胶囊物性的影响

3.6 本章小结

第4章 脲醛树脂微胶囊的结构与性能分析

4.1 微胶囊的形貌及壁厚

4.2 微胶囊的粒径大小及分布

4.3 微胶囊囊芯含量的测定

4.4 微胶囊化学结构分析

4.5 微胶囊的热稳定性分析

4.6 微胶囊的缓释性测试

4.7 本章小结

结论

参考文献

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