【硕士】自修复微胶囊的制备及其在复合材料中的应用

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内容简介

　　【硕士】自修复微胶囊的制备及其在复合材料中的应用　　授予学位：硕士　　学位授予单位：陕西科技大学　　学位年度：2010　　 受到外界各种因素以及本身缺陷的影响，聚合物基复合材料在使用过程中必然会产生裂纹或损伤，致使材料的机械性能下降，因此对微裂纹的及时发现、修复是非常必要的。自修复材料也因此而诞生了。自修复技术的成功应用可以延长材料的使用寿命，特别是对那些人们很难进行现场修复的对象，如航空器、桥梁等复合材料应用领域，其应用潜力巨大。　　微胶囊技术是目前实现自修复功能的一种重要途径，受到了很广泛的关注与应用。本文就微胶囊的主要功能，合成原料，合成方法，以及表征方法等方面对微胶囊技术进行了概述及综评。还介绍了微胶囊技术在复合材料自修复方面的应用概况，并指出了文章的研究背景，目的，意义和方法。　　 本文以水为介质，以尿素、甲醛为囊壁原料，环氧树脂为囊芯，十二烷基苯磺酸钠和阿拉伯树胶复配作为乳化剂，在60℃下，采用原位聚合法，合成脲醛树脂自修复微胶囊，详细探讨了聚脲甲醛微胶囊的制备工艺，以及反应条件(反应时间，乳化剂用量及乳化时间，pH值)对形貌、粒径及包覆率进行了详细探讨，优化实验方案及合成工艺，确定微胶囊的最佳合成方法。为了提高脲醛树脂微胶囊的稳定性，通过选择化学结构不同、性能不同的聚乙烯醇(PVA)，苯酚，三聚氰胺对脲醛树脂进行改性，确定优化反应条件。用光学显微镜(OM)扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、示差扫描量热仪(DSC)，热重分析仪(TG)，接触角测定仪等对合成的微胶囊进行了表征。研究结果表明：采用原位聚合法，成功的合成了以环氧树脂E．5 1为芯材，脲醛树脂及其改性物为微胶囊的壁材。优化的合成工艺为：尿素与甲醛的摩尔比为1：2，囊壁与囊芯的质量比为3：1 0，搅拌速率为400rpm，终点pH值为3．O，酸化即固化时间为2h，复配乳化剂DBS与阿拉伯树胶所占体系的质量比分别为1％，2％。合成的脲醛树脂微胶囊的平均粒径为60,um，表面平滑，包覆率为6％。三种改性后的微胶囊的热稳定性均有所提高；其中苯酚改性的热稳定性最好；聚乙烯醇改性微胶囊的疏水性下降，苯酚和三聚氰胺改性的微胶囊的疏水性都有所增强。　　 为了研究微胶囊对复合材料的影响，选择不饱和聚酯1 9 1为基体材料，将实验室制备好的微胶囊放入基体材料中，测定微胶囊对基体材料力学性能的影响。通过多功能材料试验机测定了样品的力学性能，悬臂梁冲击试验机测定了样品的抗冲击性能。研究结果表明：将微胶囊放入基材中，树脂的固化时间延迟，并且随着胶囊量的增多，固化时间增大，微胶囊的添加可提高材料的塑性，降低材料的脆性。同时微胶囊的添加量对试样的性能也有影响，大量的添加会降低材料的弹性模量。随着微胶囊的添加，聚酯的抗冲强度减小，可能是微胶囊的添加在一定程度上改变了基体材料的结构，同时由于微胶囊修复作用需要一定的时间，而冲击是瞬间的作用，微胶囊中的修复剂没有足够的时间来修复内部的破损。　　

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