基于微胶囊技术自修复材料中微胶囊的分散性及其对材料力学性能的影响

摘要

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)已经成功应用于建筑结构的修复和加固上，但复合材料在长期的加固使用过程中会产生微裂纹，从而缩短加固材料的使用寿命，降低建筑结构的安全性，而将自修复微胶囊预埋入复合材料后就可实现微裂纹的自修复。
　　 微胶囊引入复合材料后存在胶囊分散性差和复合材料力学强度下降两大难题，本文通过用一定浓度KH550和KH560偶联剂处理微胶囊表面，探讨处理前后的微胶囊在复合材料中的分散性，以及对自修复树脂材料的拉伸性能和玻璃纤维增强复合材料的弯曲性能，具体研究内容包括：
　　 1.以三聚氰胺(M)、尿素(u)、甲醛(F)为壁材，以亚乙基二降冰片烯(ENB)为芯材，用原位聚合法成功合成了MUF包裹ENB芯自修复微胶囊，并重点对初始升温速率、升温路径合成参数进行优化，以得到产量高、表面平整、耐热性好且火小均匀的微胶囊。
　　 2.讨论微胶囊含量与纯树脂材料拉伸断裂强度、弹性模量以及断裂仲长率的关系，对微胶囊许可含量进行优化，以满足建筑加固中对树脂力学性能的要求。
　　 3.用KH550和KH560偶联剂对微胶囊进行表面处理，对处理后的微胶囊在复合材料中的分散性进行表征，同时得到经处理含3％微胶囊自修复树脂材料的拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率，进一步对比了处理前后自修复玻璃织物层合板的弯曲性能以及此时微胶囊的分散程度。
　　 本文的研究对于深入理解偶联剂的分散及改性机理有重要意义，其制备出的玻璃纤维增强自修复材料分散较为均匀且力学性能稳定，在建筑加固领域将有很大的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 传统建筑加固FRP

1.1.1 FRP的产品形式

1.1.2 FRP的加固方式

1.1.3 FRP的加固原理

1.2 新型微胶囊自修复FRP加固

1.2.1 微胶囊自修复FRP的提出

1.2.2 微胶囊向修复FRP的修复机理

1.3 微胶囊自修复FRP的研究现状

1.3.1 自修复微胶囊合成研究

1.3.2 微胶囊自修复效率的研究

1.4 微胶囊自修复FRP存在的问题

1.4.1 微胶囊的耐热性低问题

1.4.2 微胶囊的分散性差问题

1.4.3 自修复材料强度下降问题

1.5 本课题研究目的、内容及意义

1.5.1 本课题研究目的

1.5.2 本课题的研究内容

1.5.3 本课题研究意义

第二章 自修复微胶囊的合成

2.1 自修复微胶囊的表征方法

2.2 ENB微胶囊的合成及表征

2.2.1 实验原料及仪器

2.2.2 微胶囊的形成原理

2.2.3 微胶囊合成流程

2.2.4 微胶囊的表征

2.3 工艺参数对微胶囊性能影响

2.3.1 实验设计方案

2.3.2 实验结果及分析

2.4 本章小结

第三章 自修复树脂的拉伸性能研究

3.1 树脂固化体系选择

3.1.1 环氧树脂选择

3.1.2 固化剂选择

3.2 固化工艺参数优化

3.2.1 固化温度确定

3.2.2 固化剂用量确定

3.2.3 凝胶时间确定

3.2 微胶囊树脂材料制备实验

3.2.1 实验材料

3.2.2 实验用微胶囊表征

3.2.3 微胶囊树脂材料制备

3.3 复合材料的拉伸性能测试

3.3.1 拉伸试件尺寸

3.3.2 测试条件

3.3.3 拉仲性能表征

3.4 拉伸测试结果与分析

3.4.1 纯树脂复合材料拉伸性能分析

3.4.2 自修复树脂材料拉伸性能分析

3.5 本章小结

第四章 自修复树脂中微胶囊的分散性研究

4.1 微胶囊分散研究的现状

4.1.1 微胶囊的分散方法

4.1.2 分散性表征

4.2 硅烷偶联剂作用

4.2.1 改善分散性机理

4.2.2 改性微胶囊机理

4.2.3 增强微胶囊树脂材料机理

4.3 表而处理微胶囊树脂材料的制备

4.3.1 实验材料

4.3.2 偶联剂用量计算

4.3.4 偶联剂的包覆处理

4.3.3 处理后微胶囊树脂件制备流程

4.4 微胶囊分散性表征

4.4.1 SEM图像处理法表征

4.4.2 力学变异系数表征

4.5 微胶囊分散性及力学性能结果与讨论

4.5.1 表面处理对微胶囊分散性能影响

4.5.2 表面处理对自修复材料力学性能影响

4.5.3 表面处理自修复材料断裂形貌

4.6本章小结

第五章 自修复GFRP加固材料的弯曲性能研究

5.1 玻璃纤维平纹织物性能测试

5.1.1 织物经纬密测试

5.1.2 织物厚度测试

5.2.3 平方米克重测试

5.2.4 织物拉伸断裂强力及断裂伸长测试

5.2.5 经纬纱线强力测试

5.2.6 织物经纬纱线密度测试

5.2.7 纺织浸润剂含量测试

5.2 自修复GFRP层合板制备

5.2.1 自修复微胶囊表征

5.2.2 制备流程

5.3 自修复GFRP弯曲测试

5.3.1 弯曲测试试样

5.3.2 弯曲测试指标

5.4 测试结果及分析

5.4.1 微胶囊表面处理对自修复层合板弯曲强度的影响

5.4.2 微胶囊表面处理对自修复层合板分散性的影响

5.4.3 自修复层合板剩余拉伸性能结果及分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文及科研情况

致谢