關(guān)于制備結(jié)構(gòu)用自我修復(fù)型的高分子材料研究

摘 要：高分子材料廣泛適用于航天、國防等高科技行業(yè)，自我修復(fù)性的高分子材料是一種智能材料，這種高分子材料本身具備自我診斷的功能，同時對于其中的微小裂縫能夠進(jìn)行自我修復(fù)。本文對制備結(jié)構(gòu)用自我修復(fù)高分子材料進(jìn)行了分析，使用力學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)的理論，研究出了自我修復(fù)型的高分子材料。除此之外，對于高分子材料的合成、配方、制造工藝、性能等等，為高分子材料的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：自修復(fù)；高分子材料；修復(fù)劑

伴隨我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國的工業(yè)面臨著重大機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在工業(yè)建設(shè)領(lǐng)域，高分子材料有非常廣泛的應(yīng)用，有特別明顯的優(yōu)勢：環(huán)境污染小、生產(chǎn)效率高。然而在生產(chǎn)制造時材料可能會出現(xiàn)裂縫，這些會嚴(yán)重影響材料的使用壽命。而且這些微裂縫在初期很難辨別，即使發(fā)現(xiàn)了材料存在的微裂縫，也很難及時進(jìn)行修復(fù)。所以，若高分子材料具備自我修復(fù)的能力，那么高分子材料存在的這些微裂縫問題就能夠極大程度避免，有效提升材料的使用壽命。夠賦予高分子材料自修復(fù)功能，即可解決上述問題，顯著提高產(chǎn)品的安全性，延長其使用壽命。

1 自我修復(fù)型高分子材料概述

由于高分子材料的輕便、耐用的特殊優(yōu)勢，使得高分子材料的應(yīng)用越來越廣泛，這也為工業(yè)生成領(lǐng)域帶來了極大的便利。但是，在高分子材料的加工使用過程中，不可避免地導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部出現(xiàn)微裂縫，這些現(xiàn)象的存在會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的正常使用。高分子材料研究者從自然生物領(lǐng)域的愈合功能得到啟示，采取了一定的方式讓高分子材料具備了這種自愈能力。高分子材料只要具有這種能力，就屬于自修復(fù)型的高分子材料。具備這種性能的高分子材料可以極大程度上避免產(chǎn)品的微裂縫現(xiàn)象。所以，很多有關(guān)專業(yè)人員都將高分子材料的制造技術(shù)當(dāng)作研究重點，以期加快我國工業(yè)建設(shè)。自修復(fù)型的高分子材料模仿的是自然生物的自愈機(jī)能，采取的是一種能量補給方式來彌補微裂縫，以避免微裂縫的擴(kuò)大。

根據(jù)高分子材料的自我修復(fù)功能和材料特點，將自我修復(fù)型高分子材料分為兩種：基于單膠囊修復(fù)劑的制備技術(shù)和基于雙膠囊修復(fù)劑的制備技術(shù)。基于雙膠囊修復(fù)劑的制備技術(shù)指的是當(dāng)材料內(nèi)部出現(xiàn)微裂縫時，微容器里面的液態(tài)修復(fù)劑會到達(dá)裂縫的地方，以此把裂縫連接起來?；趩文z囊修復(fù)劑的制備技術(shù)指的是在材料內(nèi)部不需要加入修復(fù)劑，在外界刺激下，高分子材料的結(jié)合可逆能力會自行修復(fù)微裂縫。

2 基于單膠囊修復(fù)劑的制備技術(shù)

基于單膠囊修復(fù)劑的制備技術(shù)，一般有兩類修復(fù)劑：第一類是活性聚合體系，另外一種被稱為環(huán)氧樹脂/咪唑修復(fù)劑體系。前者歸類于熱塑性高分子材料，它對應(yīng)的制備基本理論為：原本表現(xiàn)出活性聚合的聚合鏈同時具有一定的活性，在活性聚合體系當(dāng)中加入單體后，活性聚合鏈就會一直增加。其詳細(xì)制造流程為：把活性聚合獲取的聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA）添置于甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）之中加以復(fù)合，GMA是一種高分子材料的修復(fù)劑?；钚跃酆系玫降木酆湘溣幸欢ǖ幕钚?，因此，如果高分子材料出現(xiàn)了微裂縫，那么在膠囊中的GMA會隨之釋放，出現(xiàn)常溫聚合物，彌補裂縫。在這些聚合物里面，分子鏈和斷面之間是以共價鍵的方式存在的，而且這些會作用于高分子材料出現(xiàn)微裂縫的地方，分子之間的物理作用會抑制微裂縫的擴(kuò)大。在高分子材料的自我修復(fù)過程中，不需要額外加入其它的化學(xué)物質(zhì)。所以，在高分子材料的制作時，需要綜合考慮化學(xué)物質(zhì)的有效性。

除此之外，還有一種雙組分的自我修復(fù)體系——環(huán)氧樹脂/咪唑修復(fù)劑體系，這種體系基本通過咪唑類潛伏固化劑還有膠囊化環(huán)氧樹脂預(yù)聚物構(gòu)筑而成。從潛伏固化劑之內(nèi)存在某一化學(xué)成分CuBr2（2-MeIm）4，這種化學(xué)物質(zhì)在室溫下有很強的穩(wěn)定性。然而，當(dāng)溫度達(dá)到150℃的時候，這種化學(xué)物質(zhì)會發(fā)生化學(xué)變化，進(jìn)而生成2-甲基咪唑、溴化銅，其中前者屬于一種化學(xué)催化劑。環(huán)氧樹脂和CuBr2（2-MeIm）4雙方表現(xiàn)出顯著的混溶性，所以，一旦潛伏固化劑發(fā)生化學(xué)變化的溫度高于環(huán)氧樹脂的固化溫度，那么在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，之前充分滲透環(huán)氧樹脂基體的CuBr2（2-MeIm）4就歸類于一類潛伏的固化劑。因此，進(jìn)行高分子材料處理的過程中，一旦產(chǎn)品里面出現(xiàn)了微裂縫，那么只需要提升溫度至150℃，就可以發(fā)生化學(xué)固化，粘合材料中的微裂縫。除此之外，潛伏固化劑當(dāng)中的CuBr2 （2-MeIm）4主要是以一種分子形式分布，分子具備擴(kuò)散性，因此這種化學(xué)物質(zhì)會有更大的機(jī)率同環(huán)氧樹脂接觸?？梢源_保產(chǎn)品的任何一個部分只要發(fā)生了微裂縫，都能夠及時有效處理。

3 以雙膠囊修復(fù)劑為基礎(chǔ)的制備技術(shù)

現(xiàn)下，環(huán)氧樹脂/硫醇修復(fù)劑體系屬于制備結(jié)構(gòu)用自我修復(fù)型高分子材料范疇內(nèi)的普遍類型，環(huán)氧樹脂屬于熱固性高分子材料，而且環(huán)氧樹脂抗腐蝕性強、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢。所以，這種修復(fù)劑體系在現(xiàn)在工業(yè)中得到了很廣泛的使用。在制備結(jié)構(gòu)用自我修復(fù)型高分子材料時，可以挑選環(huán)氧樹脂這種材料。把這種具備良好黏合效果的環(huán)氧樹脂當(dāng)作一種修復(fù)劑。使用微膠囊把固化劑包裝，然后將其埋入基體當(dāng)中，這樣就可以得到具備自我修復(fù)能力的高分子材料。

若高分子材料是由于沖擊、疲勞出現(xiàn)了微裂縫的現(xiàn)象。那在微裂縫的周圍這些膠囊就會破裂。這主要是由于在這些膠囊里面的固化劑以及修復(fù)劑會共同進(jìn)入這些微裂縫，然后發(fā)生化學(xué)作用對這些裂縫進(jìn)行修復(fù)。在制作這些膠囊的時候，需要使用新型的化學(xué)物質(zhì)聚氰胺-甲醛樹脂來代替脲醛樹脂。除此之外，在選取芯材材料的時候，可以選擇環(huán)氧樹脂-四氫鄰苯二甲酸縮水甘油酯（DTP），這種物質(zhì)優(yōu)勢很明顯，黏度低、活性高。這樣就能夠得到環(huán)氧樹脂膠囊。

4 結(jié)論

在高分子材料領(lǐng)域，具備自我修復(fù)型功能的高分子材料還在初期研究階段。對于制備結(jié)構(gòu)用自我型的高分子材料研究可以擴(kuò)展高分子材料在各行各業(yè)的使用，具有非常好的工業(yè)前景。這種命題的研究是一種多學(xué)科交叉研究，在制備這種高分子材料時會遇到很多問題，加大了這方面研究難度。我國高分子材料研究人員根據(jù)國外大量研究成果，綜合考慮我國高分子材料領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了很多有效的改進(jìn)措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉姣姣，楊栩.結(jié)構(gòu)用自修復(fù)型高分子材料的制備研究[J].西部皮革，2016，38（12）：11-12.

作者簡介：王藝林（1995-），男，江蘇丹陽人，專業(yè)：高分子材料與工程。