三聚氰胺尿素甲醛共聚物包覆环氧树脂微胶囊自修复复合材料的制备及性能

摘要

复合材料微裂纹的存在对材料的安全使用影响巨大，因此本文致力于解决材料内部微裂纹的修复。本论文采用微胶囊技术将微胶囊和潜伏性固化剂埋植在基体材料中，当基体材料产生微裂纹时微胶囊破裂和固化剂交联固化粘合裂纹达到材料的自修复效果。
　　本文采用二元自修复体系，由E-51环氧树脂微胶囊和邻苯二甲酸酐作为潜伏性固化剂组成。本实验成功的关键是合成形貌规则、粒径均一的环氧树脂微胶囊。采用原位聚合制备了以尿素-三聚氰胺-甲醛共聚物为壁材包覆 E-51环氧树脂芯材的微胶囊。考察了合成微胶囊的各工艺参数对微胶囊的表面形貌和性能的影响,优化合成工艺，得出最优的方案：在制备 MUF预聚体时，确定尿素、三聚氰胺、甲醛的摩尔比为5:1:13，芯壁比为1.2:1时，采用质量分数为芯材的1％的十二烷基苯磺酸钠作为乳化剂，拌速率控制在600r/min时，体系最终酸化pH控制在4.2，酸化时间控制在2.5h制备的微胶囊形貌规则呈球形、致密性佳、粒径较为均匀。考察了不同的搅拌速率对微胶囊粒径、性能的影响，实验得出制备的微胶囊粒径中位径为22.48um，合成了实验所需的微胶囊的粒径，且制备的微胶囊粘连很少，粒径均一。利用激光粒径分布仪分析了微胶囊的粒径分布和大小，利用红外光谱分析了微胶囊的化学结构，利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了微胶囊的形成过程和表面形貌，利用热重分析了微胶囊的热稳定性。实验结果表明制得的微胶囊表面致密，粒径均一，强度适中，较少粘连，热稳定性和耐水煮性好。在分析环氧树脂和酸酐类固化及固化机理的基础上，将不同质量分数的微胶囊和潜伏性固化剂植入环氧树脂基体材料中，测试出自修复效率。实验得出：微胶囊的植入使基体材料的冲击强度下降，而当潜伏性固化剂少量（≤2%）加入时可以增强体系的冲击强度，继续增加则体系冲击强度下降，当微胶囊和固化剂的含量分别为微胶囊质量分数的4%和1%时，自修复复合材料的冲击强度达最大15.63KJ/m2。基体材料的自修复效率随着微胶囊和固化剂含量的增加而增加。采用扫描电镜看出修复后的试样断面上出现了聚合物颗粒，说明微胶囊破裂后发生交联固化生成聚合物，验证了复合材料具有自修复功能。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 微胶囊技术

1.3 微胶囊的组成

1.4 微胶囊的应用

1.5 微胶囊的制备方法

1.6本课题的研究内容和意义

第二章 实验

2.1 实验原料的选择

2.2 实验主要原料、试剂及仪器设备

2.3 微胶囊的合成过程和方法

2.4环氧树脂试样的制备

2.5 成分及组织结构分析及性能测试

第三章 微胶囊的制备及表征

3.1不同条件对合成MUF预聚体的影响

3.2 环氧树脂微胶囊的制备工艺研究

3.3 微胶囊的形成过程

3.4 环氧树脂微胶囊的结构和性能表征

3.5 本章小结

第四章 自修复环氧树脂复合材料的制备与表征

4.1 潜伏性固化剂的选择

4.2 自修复体系的自修复机理

4.3微胶囊和潜伏性固化剂对复合材料冲击强度的影响

4.4 微胶囊和潜伏性固化剂对自修复效率的影响

4.5 断面形貌表征

4.6 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文