脲醛树脂包覆的环氧树脂微胶囊对树脂自修复性能的影响

将自制脲醛树脂包覆的环氧树脂微胶囊添加到环氧树脂基体中,制备了环氧树脂自修复复合材料。采用锥形双悬臂梁法分析了环氧树脂微胶囊的粒径、用量、制备方法对环氧树脂/环氧树脂微胶囊复合材料自修复效率的影响,观察了其自修复过程,揭示了自修复机理。结果表明:采用二步法制备的微胶囊,在微胶囊粒径为97~150μm,用量为15%(w)时,复合材料的自修复效率达到最大,为104.7%。

一种基于亚胺键的兼具阻尼和自修复性能的聚氨酯材料

以乙二胺和水杨醛为原料,合成了具有双亚胺键结构的芳香类化合物乙二胺席夫碱(ESS),红外光谱和核磁对其结构进行了表征,证明该化合物成功合成。然后以ESS为扩链剂制备了聚氨酯(EPU),采用红外光谱分析了其结构组成,热失重分析和动态力学热分析研究了聚氨酯的热稳定性及阻尼性能,利用力学性能测试及光学显微观察对自修复性能进行表征,分析了亚胺键以及不同添加比例对聚氨酯性能的影响。结果表明,EPU的有效阻尼温域可达到-5~100℃。根据时温等效原理,有效频率范围可以外推至0.1~103Hz,表现出优异的阻尼性能。EPU具有优异的力学性能,拉伸强度为11.97~16.89 MPa,断裂伸长率为726%~498%。同时EPU在温和的刺激条件下表现出良好的自修复性能,40℃修复12 h,可恢复87.9%的力学性能。60℃修复5 min,表面划痕可以愈合,在酸性条件下,EPU的修复能力更好。

持续荷载作用下砂浆裂缝的自修复性能及其评价指标

以高吸水树脂为自修复剂,以表面裂缝愈合率(γ)和强度恢复率(η)为砂浆裂缝自修复性能的评价指标,对比研究了预裂龄期为7 d和28 d时,不同持续荷载作用对砂浆裂缝自修复性能的影响。结果表明:相较预裂龄期为28 d的砂浆组,预裂龄期为7 d的砂浆组自修复效果较好;持续压荷载下,砂浆裂缝的自修复效果较好,其η比不受荷载作用的试件分别增大3.2%(7 d预裂龄期)和9.3%(28 d预裂龄期);持续弯曲荷载和持续扭荷载作用不利于砂浆的自修复,其中持续弯曲荷载的不利影响较为显著,持续弯曲荷载作用下,其η比不受荷载作用的试件分别低43.5%(7 d预裂龄期)和47.3%(28 d预裂龄期)。微观测试表明,砂浆裂缝中的自修复产物主要是碳酸钙,且主要集中在裂缝开口位置附近,因此采用γ作为自修复评价指标有可能高估自修复效果。

多因素影响下超高性能混凝土的自修复性能研究

为探究硅灰掺量和养护制度对超高性能混凝土(UHPC)自修复性能的影响,将不同硅灰掺量的15个UHPC立方体试件和15个UHPC哑铃型试件经热水养护后测定的初始力学性能作为对照组,将预损伤并经不同养护制度修复的27个UHPC立方体试件和27个UHPC哑铃型试件的力学性能与对照组进行对比来表征其自修复效果。试验结果表明:硅灰掺量对UHPC自修复性能的提升作用明显,当硅灰掺量从0提升至15%时,UHPC抗压和抗拉强度修复率分别提升24.97%和15.99%。高温高湿环境可有效提高UHPC的自修复性能,相比常温水养,热水养护使UHPC抗压和抗拉强度的修复率分别提高27.04%和14.44%,热水—干热养护使UHPC抗压和抗拉强度修复率分别提高30.13%和13.07%。

细菌对粉煤灰混凝土自修复性能的影响

本文采用实验的方式,系统研究了不同浓度巴氏芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌以及枯草芽孢杆菌对粉煤灰混凝土自修复性能的影响。在此期间,笔者分别对试样进行超声脉冲、抗渗性、吸水性和抗压强度测试,并借助显微镜和能谱仪检测了粉煤灰混凝土自修复的过程。结果表明,与不含粉煤灰的混凝土试样相比,添加上述细菌可以显著提升粉煤灰混凝土试样的抗压强度;另外,在上述三种细菌中,巨大芽孢杆菌对粉煤灰混凝土试样的超声脉冲速度和水渗透深度改善效果最好。

纳米铜润滑油添加剂减摩抗磨及自修复性能

利用透射电子显微镜与电子衍射观察由二烷基二硫代磷酸原位修饰合成的铜纳米微粒的形貌和结构。在四球机上考察其作为基础润滑油添加剂的抗磨减摩性能,在环块机上考察其作为润滑油添加剂的自修复性能。结果表明,铜纳米添加剂具有良好的抗磨减摩和自修复性能。利用扫描电子显微镜观察滑块表面的磨痕形貌,利用电子天平对滑块自修复前后的质量进行称量比较,利用X射线光电子能谱仪对自修复膜表面的元素组成和化学价态进行分析,发现在300N的负荷下,纳米铜的添加量为4%时修复效果最好,试块经4h修复后滑块质量增加0.5mg,磨斑直径和摩擦因数呈现明显下降的趋势。摩擦过程中铜纳米微粒在摩擦表面形成沉积膜,这种沉积膜与表面修饰层形成的摩擦化学反应膜产生协同作用,从而表现出优良的抗磨自修复性能。

天然蛇纹石粉体润滑油添加剂的自修复性能及自修复层形成机理研究

采用RFT-III型往复摩擦磨损试验机(盘-块接触方式)考察了油酸表面修饰天然蛇纹石粉体润滑油添加剂对钢-钢摩擦副的自修复性能;采用显微硬度计测定了试块磨损表面硬度,采用扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪分析了试块磨损表面和截面的形貌、组成、典型元素的化学状态,探讨了天然蛇纹石粉体的自修复机理.结果表明:油酸表面修饰天然蛇纹石粉体作为润滑油添加剂可显著减小钢-钢摩擦副的摩擦系数和磨损率.这是由于其可经由摩擦化学作用而在磨损表面生成具有良好减摩抗磨性能的自修复层所致.自修复层由不同粒径的纳米颗粒密堆积而成,主要成份为Fe2O3和非晶石墨,并含有少量Fe、有机物碎片、含硅有机化合物、SiO2等.

原位检验润滑油添加剂自修复性能的方法探讨

提出了用机器外部特征信息来检验润滑油添加剂的自修复性能的方法。以羟基硅酸盐矿物微粉添加剂在发动机上的应用为例,检测了发动机轴轴箱漏气量,根据漏气量减少这一特征证明矿物微粉添加剂具有良好的自修复性能,也证明此原位检测方法是有效的。

LaF_3微粒在润滑脂中的摩擦学及自修复性能研究

使用四球摩擦磨损试验机考察了LaF3在润滑脂中的摩擦学性能.通过对试验前后钢球的称重分析,评价了LaF3在润滑脂中的自修复性能.实验结果表明:在润滑脂中添加1.5%的LaF3微粒,承载能力PB和极压性能PD分别提高50%和100%,磨损量在±0.003g内,且具有较好的对磨损表面的自修复作用.

磺酸甜菜碱型聚丙烯酰胺/铬凝胶的自修复性能

为了探索磺酸甜菜碱型两性聚丙烯酰胺/铬凝胶的自修复行为,分析体系中聚丙烯酰胺的类型、酸的种类,以及重铬酸钠、硫脲的质量分数、硫酸钠质量浓度对凝胶自修复行为的影响.结果表明：磺酸甜菜碱型两性聚丙烯酰胺/铬凝胶的自修复行为主要与两性聚丙烯酰胺的分子结构有关,凝胶经剪切破碎后,聚合物分子的疏水作用和静电作用导致凝胶的重新聚集而实现自修复;无机盐硫酸钠质量浓度是影响凝胶自修复性能的一个重要因素,最佳硫酸钠质量浓度为220~1 600mg/L;酸的种类与凝胶的自修复性能无关,主要是影响凝胶的成胶时间,其中乳酸能够形成有机铬,铬离子经过水解和羟桥作用形成多核羟桥络离子,再与聚丙烯酰胺中的—COO—配位形成网络结构的凝胶;重铬酸钠和硫脲为体系提供Cr3＋,它们的质量浓度与凝胶的自修复行为无关.南5-10-P50井组应用结果表明：60d后凝胶黏度恢复率超过60%,调剖后启动压力平均提高3 MPa以上.

硅镁型复合纳米添加剂的摩擦学及自修复性能研究

用化学方法制得粒径约为40nm的硅镁型复合纳米添加剂,分别采用四球摩擦磨损试验机、环-块摩擦磨损试验机和齿轮试验机考察了其作为矿物油添加剂的抗磨减摩性能及对磨损表面的修复作用。用扫描电子显微镜、粗糙度测定仪以及X射线光电子能谱仪等对摩擦副磨损表面进行了分析,并探讨其修复作用机制。结果表明:制备的硅镁型复合纳米添加剂具有优良自修复性能,可以很好覆盖磨损表面,能显著降低磨损表面的粗糙度。其自修复作用机制是由于硅镁型复合纳米粒子在摩擦表面形成沉积并在接触区的高温高压下熔融铺展形成低剪切强度的表面膜,由于这层膜的剪切强度比较低,可以减少摩擦界面的粘着磨损,故表现出良好的减摩抗磨和自修复性能。

SMA混凝土梁裂缝自修复性能分析的双样条QR法

为研究形状记忆合金(SMA)对混凝土梁裂缝的修复性能,采用双样条QR法建立了智能混凝土梁的裂缝自修复分析模型,将基于SMA本构关系得到的受限回复应力等效为样条结点荷载引入新模型中。通过算例分析验证本文方法是正确可靠的,并具有处理裂缝问题简便、计算效率较高的优点。同时研究了混凝土裂缝宽度在不同初应变、不同直径的形状记忆合金丝驱动下的变化规律。结果表明:SMA对混凝土梁裂缝具有良好的修复性能。增大SMA丝的初始应变,可以改善其对混凝土梁的驱动效应;改变SMA丝的直径对裂缝的修复效果具有显著影响,增大直径是增强其驱动力的有效措施。当SMA丝激励温度为110℃,在混凝土梁中布置两根直径为4 mm的形状记忆合金丝,相应的裂缝宽度回复率达到17.4%。

聚酯/碳纤维复合材料的自修复性能研究

合成了脲醛树脂/环氧树脂微胶囊,并作为功能材料设计自修复聚酯/碳纤维复合材料。采用力学性能测试,扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜(OM)对微胶囊功能材料和自修复材料进行研究。碳纤维能够提高材料的弹性模量,在材料损伤过程中,控制裂缝的宽度。微胶囊具有增韧效果和自修复能力。经过拉伸复合材料内部产生裂纹。微胶囊在裂纹前端应力的作用下,囊壁破裂,囊芯流出润湿裂纹表面粘接裂纹,实现材料自修复。裂纹终止的形式包括微胶囊破裂终止、碳纤维阻碍终止和裂纹交叉终止。

单组分微胶囊填充型环氧树脂基复合材料自修复性能研究

为修补航空复合材料使用过程中出现的微裂纹损伤,在环氧树脂基复合材料内部填充单组分微胶囊(壁材为脲醛树脂、芯材为苯甲醇稀释的环氧树脂)。当复合材料内部受损时,微胶囊破裂,流出的修复剂与外部注射的固化剂二乙烯三胺接触,两者在常温下发生交联固化反应,达到修补微裂纹的目的。研究了A、B、C、D 4种不同粒径环氧树脂微胶囊及其填充到复合材料中所占质量分数对材料力学性能及其自修复性能的影响。通过电子万能试验机研究拉伸、弯曲和梯形双悬臂梁(TDCB)试样的力学性能。结果表明:微胶囊填充使复合材料的力学性能下降,但由4种微胶囊填充得到的复合材料的修复率均在65%以上,其中A、B类微胶囊的填充对复合材料力学性能的影响较低,当A、B类微胶囊填充质量分数为5%、7%时,修复率最大,分别为90.1%、92.8%。

纳米锌粉自修复性能的研究

用球磨法制备了纳米锌粉并在HQ-1高速摩擦磨损试验机上考察了其修复效果,结果表明纳米锌粉有明显的修复和减摩效果。影响纳米锌粉自修复性能的主要因素是转速、浓度、时间和负荷。

微米铜在润滑脂中自修复性能的评价

通过四球试验评价了微米铜在润滑脂中的自修复作用。结果表明:在适当的摩擦条件下,微米铜在摩擦表面沉积并与基体金属及磨损微粒熔合,重新组合为共晶焊接在摩擦表面上,形成自修复膜,使磨损得到补偿。

呋喃环氧树脂微颗粒/环氧树脂复合材料的制备及多次自修复性能

合成了具有热可逆Diels-Alder(D-A)反应官能团的固态颗粒状的呋喃环氧树脂修复剂和1,2-二马来酰亚胺基乙烷固化剂,通过核磁共振氢谱证实了2种化合物的化学结构。然后制备呋喃环氧树脂微颗粒/环氧树脂自修复复合材料。通过测试自修复复合材料修复率可知,当呋喃环氧树脂微颗粒填充质量分数为60%时,第1次自修复率为85.1%,第2次自修复率为96.3%,第3次自修复率为80.6%,表明制备的复合材料具有多次重复自修复性能。在第2次自修复时,由于呋喃环氧树脂充分溶解填充到裂纹处与固化剂交联,因此第2次自修复率最高。但可逆自修复材料本身随着修复次数的增加,自修复性能变差,第3次自修复率下降。

AA6063稀土铈-锰无铬转化膜的自修复性能研究

以硝酸铈为成膜主盐，高锰酸钾为氧化剂，对AA6063进行表面无铬转化处理；经过处理后的铝合金表面呈金黄色，膜层均匀，耐腐蚀性能良好。应用电化学工作站的开路电压和电化学极化曲线对铝试样、铈-锰转化膜试样及打磨破坏后的铈-锰转化膜试样进行研究，发现铝合金表面铈-锰转化膜被破坏后具有自修复性能。

不同石墨烯-碳纳米管杂化体系对热塑性聚氨酯复合材料力学和自修复性能的增强机制

采用溶液共混法,设计不同的杂化方案,制备了3种具有不同复合程度的石墨烯(G)和碳纳米管(CNT)三维空间结构材料,并对G-CNT填充的热塑性聚氨酯(TPU)复合材料的力学性能及在微波诱导下的裂纹自修复特性进行了研究.结果表明,G-CNT复合结构能改善增强相与基体间的界面结合及载荷传递,且复合程度越高其对TPU力学增强效果越显著.当采用预复合方法时G-CNT复合程度最高,此时TPU复合材料的拉伸强度比纯TPU提高了37.6%,比G/TPU提高了27.1%.TPU复合材料在微波场的诱导下可实现损伤裂纹的快速修复,然而其修复效率并未随着G-CNT复合程度的增加而升高,当采用超声复合时,G-CNT的复合程度低于预复合法的复合程度,但其修复率却达到最高值(138%).该自修复特性和G-CNT的空间构型及其异质界面与微波之间的耦合机制密切相关.

热浸锌钢板钝化工艺及自修复性能的研究

通过研究三价铬白色钝化液中不同成分对钝化膜耐蚀性的影响,得到较优的钝化液配方为:三氯化铬0.15 mol/L,硝酸钠1.4 mol/L,硝酸钴4.5 g/L,丙二酸31.2 g/L,纳米二氧化硅0.25 g/L。延长钝化时间或提高钝化温度,有利于热浸锌试样耐蚀性的提高。但在实际生产中,较高温度下长时间钝化将导致镀锌层损失严重,基体裸露。因此,采用的钝化工艺为钝化时间30 s、钝化温度25℃。在三价铬钝化液中添加聚苯胺,可有效提高钝化膜的自修复性能。