自修复轮胎的全自动3D打印成型及性能研究

设计一种自修复轮胎的全自动3D打印成型设备及其工艺,设备主体结构包括热喂料挤出机、齿轮泵滤胶机及全自动涂覆设备3个部分,能够实现乘用车轮胎的自修复密封胶全自动涂覆成型。试验结果表明:涂覆成型的自修复轮胎扎钉拔出后的耐久性能和高速性能符合国家标准要求,轮胎具备足够的自修复能力;涂覆成型的自修复轮胎的滚动阻力与同规格普通轮胎相当。

基于微胶囊技术的外援型自修复涂层的研究进展

自修复涂层是提高材料及涂层服役寿命的重要手段,开发基于微胶囊技术的外援型自修复涂层,具有重要的研究意义与经济意义。基于近年来微胶囊技术及其在外援型自修复涂层中取得的进展,对微胶囊的类型、制备方法进行总结,特别介绍了微流控技术。综述了自修复涂层常用的树脂,阐述了涂层的自修复模式,尤其是近年来快速发展的双修复模式。最后介绍了微胶囊型自修复涂层的应用进展。微胶囊技术及自修复涂层应用广泛,发展持续且稳定,但仍存在着应用和理论性的问题。微胶囊的调控、功能剂的稳定贮存及可控释放将是未来的研究重点。而微流控技术的精确可控及高效特性,将为微胶囊及自修复涂层带来新的发展机遇。

自修复织物研究进展及其医疗防护应用展望

针对纺织领域内传统织物被撕破或刺破后很难修复的问题,基于现有研究成果,对当前自修复织物的技术发展现状进行总结。介绍了自修复织物基于构成形式和自修复机理的分类,分析了自修复织物的研究进展及存在的问题,展望了自修复织物在医疗防护领域的应用趋势。认为:自修复织物不仅能够延长织物的使用寿命提高可靠性,还将为智能服装设计奠定必要的技术基础。自修复织物在医疗防护领域具有巨大的应用前景,未来可应用于医用帐篷、医用防护口罩及医用防护服等不同医疗防护装备。

纤维增强微生物混凝土抗裂性能及自修复试验

为了探究纤维对微生物混凝土抗裂性能和裂缝自修复效果的改善作用,试验优选出聚丙烯腈纤维并掺入微生物混凝土中,测试掺入纤维后微生物混凝土的力学性能、自修复养护期的裂缝透水性和裂缝残余宽度。试验结果表明,当纤维掺量为1.5 kg/m^(3)时,混凝土试件的劈裂抗拉强度恢复至未加载体试件的95.1%;修复养护28 d后,平均裂缝宽度为0.43 mm的试件透水性系数由3.35×10^(-5)m/s降至3.40×10^(-6)m/s,降幅达89.9%;能够愈合的最大裂缝宽度为0.82 mm。在微生物自修复混凝土中掺入纤维可有效提高其抗裂性能,增强裂缝自修复效果。

水工混凝土矿化微生物固载及自修复试验研究

直接内掺方式制备微生物自修复混凝土会因拌合的机械挤压摩擦、生存环境受限等因素影响矿化微生物的长期活性。本文选择巴氏芽孢杆菌为矿化微生物,以膨胀珍珠岩和陶粒为微生物载体,以水泥浆和偏高岭土浆液为载体包覆材料,通过试验优选有助于微生物释放和保护的载体及其合理粒径、包覆材料,并研究微生物固载对裂缝自修复效果的影响。结果表明:掺入定量的膨胀珍珠岩的水工混凝土试样劈裂裂缝处拉裂面积比更大,作为水工混凝土微生物固载材料时较陶粒更能有效释放矿化微生物;偏高岭土浆液较水泥浆更适合作为载体的包覆材料,其包覆的微生物14 d存活率为86.63%,有效保证了固载微生物的长期活性;对微生物进行膨胀珍珠岩固载和偏高岭土浆液包覆,修复养护90d裂缝最大修复宽度为0.616mm,高于直接内掺的0.453mm,有效改善了混凝土试件的裂缝自修复效果。

微生物自修复混凝土研究进展

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)自修复技术是一种环境友好、长期可行的修复方法,在混凝土裂缝修复领域已引起重点关注。本文在近年研究基础上总结归纳了不同种类微生物诱导矿化碳酸钙的沉积机理,并对比分析了当前所使用的微生物载体材料差异,建议选择微生物载体材料时综合考虑生物相容性、固载能力及修复效果等多因素的影响。其次,总结了微生物自修复混凝土表征方法,从抗压强度恢复率、裂缝表面愈合率、混凝土耐久性及微观分析等多方面综合评定裂缝修复效果。最后,结合微生物自修复混凝土研究进展,给出了未来研究发展的建议。

自修复弹性体材料的研究进展及应用

综述了基于外援型和本征型2种体系的弹性体材料自修复机理和自修复技术在弹性体材料中的应用,并展望了自修复弹性体材料在载人航天领域的应用前景。

聚合物基复合材料自修复的研究进展

复合材料的自修复功能已成为智能材料研究的重点之一。自修复主要包括外援型自修复和本征型自修复,外援型自修复种类主要包括微胶囊型、中空纤维型以及微脉管型自修复;本征型自修复主要包括可逆共价键和可逆非共价键自修复。系统地阐述了这几种典型自修复方法的研究进展及其优势和不足,展望了自修复复合材料的发展及应用前景。

自修复混凝土触发机制设计方法综述

在过去的20年里,自修复技术作为一种提高混凝土材料耐久性和结构韧性的新方法,一经提出就引起了学术界和工程界的广泛关注。通过在混凝土搅拌阶段加入封装的修复单元来实现开裂混凝土的自主修复被证明是一种有效的实施方案。在自修复混凝土的研究中,自修复单元及其触发机制的设计是决定自修复单元工作性能及混凝土整体修复效率的重要因素。本文从被动触发和主动触发两个方面综述了现有自修复混凝土的主要触发机制及相应的修复机理;在解释了每种触发机制的基本概念和优缺点后,对各类自修复触发机制的技术特点和适用范围进行了比较和分析,为合理选择适用的自修复触发机制提供参考;最后,为了规范各种触发机制的评估标准,进而推动自修复技术在混凝土中的实际应用,还从触发效率、应用目的、限制条件三个方面对现有各种触发机制进行了系统评估。

自修复涂料的应用研究进展

自修复涂料能解决传统涂料在使用过程中因损伤而导致的性能下降和寿命缩短的问题。综述了自修复涂料的种类、自修复机制、发展进程;重点分析了本征型、外援型(微胶囊)以及集成多功能复合自修复涂料。探讨了自修复涂料在航空航天、混凝土、海洋和船舶制造等领域的实际应用情况。自修复涂料未来的发展应注重跨学科合作,结合材料科学、化学工程和人工智能等领域的最新研究成果。

可自修复海藻酸基离子凝胶的制备及性能

为了解决传统人工合成高分子基离子凝胶难降解、成本高、环境污染等问题,本文以天然高分子—海藻酸为聚合物基体,通过在离子液体中对其进行化学接枝改性和交联反应,设计并制备了一种具有自修复性能的化学交联型生物基离子凝胶。流变测试结果表明,该离子凝胶的模量随着海藻酸和交联剂含量的增加而升高,且在150℃的高温下离子凝胶依然可以保持凝胶结构。所制备的离子凝胶具有优异的压缩性能,压缩强度随着海藻酸含量的增加而增加,压缩强度可达1.02 MPa。电化学测试结果表明,离子凝胶具有良好的导电性能,其室温离子电导率都高于0.3 mS/cm。重要的是,离子凝胶在室温下无需任何辅助手段可在6 h完全自修复,表现出良好的自修复性。该研究为开发具有自修复性的高性能生物基离子凝胶提供了有效途径。

自修复聚氨酯-脲的合成与表征综合实验设计

文章结合自修复材料的科研基础,并以自修复聚合物黏结剂在含能复合材料中的需求为导向,设计了一个以国防现代化建设为背景的化学综合实验。该实验以聚氨酯-脲为例,采用甲苯-2,4-二异氰酸酯封端的聚丙二醇和异佛尔酮二胺作为原料合成,通过红外光谱进行结构鉴定,并对产物的自修复性能和黏结能力进行研究。所得聚氨酯-脲具有优异的室温自修复效果,室温下9 h后自修复效率可达87%,同时其与模拟不同含能组分的钢片和有机玻璃片均具有良好的黏结强度。该实验以材料合成—结构—性能—应用为主线,涵盖了较为完整的聚氨酯材料研究的知识体系,在夯实基础理论知识和实验操作技能的基础上,培养研究性学习实践的能力和素养,深化学习强国的价值导向。

细菌生物膜自修复的实验和理论研究

自修复是生物体生存的重要工具之一,是多细胞和单细胞生物的内在能力。本课题组最新的实验发现,作为细菌存在方式的细菌生物膜可以通过自我修复来抵抗伤害。但无论从微观单细胞到细观细胞群再到宏观生物膜尺度,自修复的机理都不清楚。本研究采用宽场荧光立体显微镜在时空上观测生物膜自修复过程,通过三色荧光标记菌株获得主要基因表现型细胞的分布、细胞的分化和运动规律。实验发现,细菌生物膜上切口的愈合过程取决于切口的几何形状(如其位置或方向)、细菌生物膜本身(如年龄)、培养基底的性质(如其硬度)。此外,沿切口的愈合率是不均匀的,最大愈合率可达260μm/h,是生物膜水平生长速度的3倍。切口不会改变生物膜的圆形生长。表型进化的进一步研究表明,切割延迟了细菌的分化;运动细胞感知切口并移动到切口区域,而只有当切口区域中有足够的基质产生细胞时,切口才会愈合。基于实验分析获得修复速度和褶皱结构在修复过程中的演化规律。通过比较正常细菌生物膜和损伤生物膜的生长,进一步进行多尺度建模和仿真,揭示细菌生物膜对伤害如何响应和反馈,进而如何进行自我修复。

不同钙源对微生物自修复混凝土裂缝的修复效果及其机理分析

本研究在模拟裂缝区溶液中,研究了不同钙源下溶液中的Ca^(2+)浓度和钙沉淀能力的变化。制备了微生物自修复砂浆试件,研究含不同钙源的微生物修复剂对砂浆试件强度的影响;以面积修复率和吸水率来评价0.25~0.40 mm裂缝的自修复效果,并研究了裂缝的修复方向。此外,通过扫描电镜和X射线衍射仪分析了砂浆试件裂缝区的修复产物,并详细探讨了不同钙源对砂浆裂缝的自修复机理。研究结果表明,在不同钙源下,枯草芽孢杆菌的矿化机理是不同的,造成了溶液中Ca^(2+)浓度和钙沉淀能力的差异,并且钙源也会影响微生物自修复砂浆的抗折抗压强度。当钙源为乳酸钙时,砂浆裂缝的修复效果最好,其次是醋酸钙和硝酸钙。在裂缝修复过程中,修复产物从裂缝表面往裂缝内部生成,因而随着裂缝深度的增加,修复产物的生成量逐渐降低,并且砂浆试件裂缝处的白色物质主要是方解石碳酸钙。本研究证明了微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术可以较好地应用于水泥基材料裂缝的自修复,有利于推动微生物自修复混凝土的发展与进步。

双芯微胶囊法自修复混凝土冻融试验研究

寒区水工混凝土长时间遭受冻融破坏和水流冲刷会形成联合破坏,修复难度较大、成本高、效果不理想,最终影响工程安全运行,而微胶囊自修复技术可实现混凝土自我修复。通过以E51型环氧树脂为内芯材,以固化剂PETMA为外芯材,以尿素和甲醛制备的脲醛树脂为壁材,采用原位聚合法制备出双芯微胶囊,研究结果表明:双芯微胶囊呈球状,粒径分布在40μm左右,表面饱满圆润,芯材含量为24.3%,包覆率为48.6%,热稳定性较好;混凝土在掺入双芯微胶囊后,在受到冻融破坏时能及时破裂,并释放出修复剂和固化剂对混凝土进行修复,混凝土抗冻等级也有效提高,最大可提高38.5%;双芯微胶囊掺量阈值为3%,掺量超过阈值后,修复效果会减弱。

胶囊型微生物自修复剂制备及其在水泥基材料后期裂缝修复中的应用

采用锐孔法合成微胶囊负载微生物芽孢和甲酸钙,制得粒径均匀的胶囊型微生物自修复剂,研究了微胶囊水凝胶对芽孢的保护效果。将胶囊型微生物自修复剂加入到砂浆试件中制备出微生物自修复砂浆,研究了开裂龄期为28 d时微生物自修复砂浆裂缝的自修复效果,并对水泥基材料裂缝的自修复机理进行了详细探讨。研究结果表明:胶囊型微生物自修复剂会使砂浆试件早期的力学性能略有降低,但不会影响其后期的抗压强度和抗折强度;对于裂缝宽度为0.35~0.45 mm的试件,加入胶囊型微生物自修复剂后砂浆试件经28 d养护,裂缝的面积修复率高达98%,渗水系数下降两个数量级,并且砂浆试件裂缝区的修复产物主要是方解石CaCO_(3)。微胶囊载体能够很好地保护微生物芽孢,提高水泥基材料后期裂缝的自修复效果,这为水泥基材料后期裂缝的修复提供了一种新的思路。

自修复混凝土修复性能评估中的若干关键技术与方法研究综述

混凝土的自修复可有效抑制混凝土开裂并降低其开裂对材料力学和耐久性能的不利影响,从而提高混凝土结构的安全性和韧性、延长混凝土结构的使用寿命、降低混凝土结构的维护成本,是推动混凝土材料与结构可持续发展的一种极具前景的技术方法。然而,目前关于混凝土自修复性能评估过程中的裂缝制备和自修复环境选择、效果评价指标、修复机制表征方法等关键技术手段尚未形成统一认识与标准。基于此,本文分析了采用加载和非加载方式制备自修复混凝土裂缝的特点和自修复环境的选择原则,比较了基于裂缝特征、力学性能、耐久性能和微观结构的自修复效果评价方法,总结了自修复混凝土修复机理的研究方法,最后,提出了自修复混凝土研究中存在的问题和潜在的改进措施,并展望了自修复混凝土的发展趋势和应用前景。

兼具紫外屏蔽功能的自修复聚氨酯涂层的制备与性能研究

在聚氨酯主链中引入芳香族二硫键,制备了一种兼具高自修复率和高紫外吸收的自修复聚氨酯涂层。红外光谱、核磁共振氢谱、动态力学分析、力学测试及修复测试结果表明,R值为4时聚氨酯拥有优异的自修复效果,样条在120℃下加热15 min后断裂伸长率的修复率可达98.8%,涂层在120℃下加热5 min划痕完全修复。同时该聚氨酯涂层(膜厚100μm)对穿透力较强的UVA波段(320~400 nm)有着很强的屏蔽性能,透过率仅为0.07%。

自修复聚氨酯材料的研究进展

聚氨酯材料因具有优异的综合性能而得到了广泛应用,但是其在使用过程中不可避免地会产生微裂纹等结构破坏,而自修复技术是解决这一问题的有效方案。本文阐述了非本征型和本征型自修复的机理,重点综述了本征型自修复材料的设计方法和研究进展,讨论了不同设计方法对材料自修复性能、力学性能等的影响,最后针对自修复材料自修复性能和力学性能的平衡问题,探讨了复合型自修复体系的可行性、设计思路和最新进展,提出了复合型自修复材料是今后的一大发展趋势,并展望了自修复材料面临的挑战和发展方向。

海域天然气水合物地层微生物自修复固井水泥浆的水化控热作用机理

随着深海天然气水合物资源开发的深入,固井技术成为保障开采安全的关键环节。固井水泥浆的水化热控制对于防止水合物分解、确保井筒稳定性具有重要意义。目前,微生物技术在固井水泥浆中的应用已取得初步进展,尤其是在提高水泥浆力学性能方面,但是在调控水化热方面的研究仍相对较少。本研究旨在探索微生物固井水泥浆在深水水合物地层中的应用前景。通过开展水泥浆水化热测试、热重分析(TGA)和傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)与能谱仪(EDS)测试,探究了微生物矿化作用对水泥浆水化热及水化过程的影响机理。本文研究表明,微生物自修复固井水泥浆在降低水化热方面具有显著优势,尤其是在水化中后期,其累积水化放热量较对照组降低了13.19%。微生物矿化反应生成的碳酸钙有效抑制了水泥水化反应,导致水化放热峰值滞后,且在水化过程中持续降低水泥浆的水化速率。此外,微生物自修复固井水泥浆中游离水和水化硅酸钙凝胶的含量均高于对照组,而氢氧化钙含量较低。碳酸钙含量与水泥浆水化放热量之间存在最优值,超过3.0%后,水化热开始降低。本研究为解决深水水合物地层固井水泥浆水化放热导致水合物分解的问题提供了新的技术途径,对于开发适应极端海洋环境的固井水泥浆体系具有重要的参考价值。