CNC/GENR自修复复合材料的制备

为获得兼顾力学性能和自修复性能的弹性体复合材料,将不同质量分数纤维素纳米晶(CNC)分别添加到甘氨酸改性的环氧化天然橡胶(GENR)基体中,制备了一系列基于CNC表面羟基和GENR分子链上羟基、羧基之间界面氢键作用的CNC/GENR复合材料,利用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、万能拉伸试验机等对CNC/GENR复合材料的界面氢键作用、机械强度、自修复性能进行了表征和分析。结果表明:CNC的引入显著提高了环氧化天然橡胶的机械性能,当添加质量分数为10%时,复合材料具备优异的力学性能和自修复性能,拉伸强度为4.4 MPa、断裂伸长率为1500%、自修复效率为90%,与未添加CNC样品相比分别增加了2倍、0.93倍和1.43倍。CNC/GENR复合材料实现了同时提高复合材料机械性能和自修复性能的目标。

自修复复合材料研究进展

具有自诊断、自修复功能的智能复合材料已成为新材料领域研究的重点之一。本文从陶瓷混凝土基复合材料、聚合物基复合材料和金属基复合材料三方面简要介绍了具有自修复能力的智能材料的概念、制备原理和模型。对近年来该领域的最新研究进展进行了评述 。

用于自修复复合材料的新型玻璃纤维负载铂催化剂:结构与活性

通过在玻璃纤维(GF)上接枝1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷(D4Vi)的方法,制备了一种新的负载型铂基催化剂(GF-Pt).制备过程是:先用甲基二氯硅烷对玻璃纤维表面进行硅烷化处理使玻璃纤维表面键合硅氢键,然后以Pt(0)-D4Vi络合物为催化剂催化D4Vi与硅氢键反应,从而在玻璃纤维表面接上D4Vi环并同时络合有铂.傅里叶变换红外光谱、场发射扫描电镜、X射线能谱和热重分析研究结果表明,D4Vi环成功地以共价键键合于纤维表面.采用苯乙烯与甲基二乙氧基硅烷的硅氢化反应对该催化剂的催化性能进行了表征.结果表明,该催化剂能在室温下有效地催化硅氢化反应,能符合所设计的聚合物基自修复复合材料体系的特殊要求.

微胶囊自修复复合材料的研究进展

预埋微胶囊法是实现复合材料自修复方法的一种,也是目前复合材料修复领域的研究热点之一。迄今为止,有多种基于微胶囊技术的自修复系统的复合材料的报道。尽管微胶囊的加入使得复合材料可以实现自修复并有增韧功能,但也使材料的拉伸断裂强度、弹性模量等下降,限制了其应用。讨论了实现自修复微胶囊技术存在的问题,即胶囊耐热性差、胶囊分散性差、界面粘接强度低等,综述了文献中用到的解决方法,总结了不同力学测试手段的自修复效率的表征方法,对微胶囊自修复复合材料的应用有一定的借鉴和指导意义。

玄武岩纤维-水泥自修复复合材料断裂能的研究

以玄武岩纤维、微胶囊和水泥为原料,制备具有自修复功能的微胶囊玄武岩纤维-水泥复合材料.采用三点弯曲法对复合材料试样进行断裂能测试,研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数和水灰质量比对断裂能的影响,研究复合材料的抗折强度、抗压强度与断裂能的关系.结果显示,复合材料的断裂能随着纤维掺量的增加而增加,当纤维掺量为10 kg/m3时,断裂能达到107.89 N/m;断裂能随纤维长度的增加呈较小幅降低;断裂能随微胶囊质量分数的增加呈先增后降趋势,当微胶囊质量分数为2%时,断裂能达到最大值;断裂能随水灰质量比的增加而降低;断裂能与抗折强度有一定的线性关系,与抗压强度关系不明显;材料经损伤后修复,断裂能修复率为80.15%,恢复率为95.52%.

外援型聚合物基自修复复合材料研究进展

聚合物基自修复复合材料是一种重要的的智能复合材料。本文就近年来聚合物基自修复复合材料的研究进展进行了系统综述,并以外援型热固性聚合物基自修复复合材料为重点,详细介绍了几种典型的外援型修复方法,主要包括微胶囊型自修复、中空纤维型自修复、微脉管型自修复、热塑性自修复,系统地阐述了这几种自修复方法的修复机理及特点并分析比较其优劣,展望了聚合物基自修复复合材料的应用前景及发展方向。

一种聚合物基自修复复合材料的制备与表征

针对聚合物基自修复复合材料研究中存在的问题并结合硅氢化反应及其催化剂的特点,基于埋植式自修复体系的最新进展,提出了一种新的自修复体系。该体系由分散于基体中的包覆有修复单体的微胶囊和负载有催化剂的增强粒子或纤维填料构成。体系中的催化剂选用能在常温常压下快速高效催化硅氢化反应的负载型铂基催化剂。修复剂选用兼有多个硅氢键(Siv—H)和硅乙烯键(Si—Vi)的低聚有机硅氧烷。研究了所制备的自修复单体Ⅰ和Ⅱ在Karstedt催化剂和GF—Pt催化下的聚合反应,结果表明自修复单体能顺利聚合。用SEM研究了用修复单体Ⅱ处理负载有催化剂的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的断面前后的形貌变化,结果表明修复反应可以在复合材料内部发生,修复反应发生后对界面结合有利。

新型自修复复合材料可使面料自愈合

瑞士的CompPair公司开发了一系列复合材料,当局部加热(100℃~150℃)时,它们可以在短短几分钟内完成自我修复。研究表明,CompPair复合材料的同一样品最多可修复60次,且不会改变其性能,从而可以大大延长产品的使用寿命。CompPair联合创始人表示,这种全新问世的技术可在各类复合材料结构中应用,使用后的效果可使得原有结构寿命延长至少3倍。修复后的材料基本性能与传统的复合材料相同,而抗裂能力可提高到原有结构的1.3倍。

纳米SiO2对环氧树脂微胶囊填充型自修复材料的性能影响

为改善环氧树脂微胶囊填充型自修复复合材料力学性能,通过加入无机纳米粒子对其进行增韧改性。采用高剪切分散、超声分散和偶联剂偶合的方法,使Nano-SiO2与环氧树脂发生化学键合;用红外分析仪、电子万能试验机和扫描电子显微镜等手段对Nano-SiO2改性环氧树脂的结构以及添加Nano-SiO2对自修复复合材料的力学性能、修复率和表面形貌等进行了分析。结果表明:Nano-SiO2与环氧树脂通过化学键结合在一起,形成Si—O—C键和Si—O—Si键的无机–有机骨架;Nano-SiO2含量为8%,填充微胶囊含量为10%时,环氧树脂微胶囊填充型自修复复合材料的力学性能表现为最佳,修复率达到94.6%。

自修复聚脲甲醛微胶囊的制备及成囊机理研究

采用原位聚合法制备了自修复聚脲甲醛包覆环氧树脂微胶囊。考察了原料用量、反应温度、酸化值和固化时间等对微胶囊粒径分布和表面形态的影响,确定了微胶囊的最佳制备工艺。借助显微镜实时监测微胶囊化过程,探讨了微胶囊的成囊机理,并将微胶囊填充到脲醛树脂中。结果表明:采用最佳制备工艺制得的微胶囊包覆率较高、结构紧密、粒度均匀,室温下保存一周后没有出现团聚和破裂;将9%微胶囊添加到脲醛树脂中,微胶囊分散均匀,脲醛树脂复合材料的韧性得到提高。

微胶囊-玄武岩纤维/水泥复合材料的力学性能

以水泥、玄武岩纤维和脲醛/环氧树脂微胶囊为主要材料,制备水泥基复合材料标准试样,研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数、水灰质量比和养护龄期对复合材料抗折强度和抗压强度的影响,利用正交实验确定微胶囊-玄武岩纤维/水泥自修复复合材料力学性能的最优配比。实验结果表明:抗折强度随着纤维掺量的增加而增加,抗压强度随着纤维掺量增加而减小;随着纤维长度的增加,抗折强度略有增加,抗压强度略有降低;抗折强度随着微胶囊质量分数的增加呈现出先增加后减小的趋势,而抗压强度则呈现下降趋势;抗折强度与抗压强度随养护龄期的增加而呈增加的趋势;材料经损伤后修复,抗折强度修复率为117%,恢复率为103%,抗压强度修复率为71%,恢复率为97%。