一種高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)械材料領(lǐng)域，具體是一種高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 材料在使用過程中由于受到機(jī)械、熱、化學(xué)等各種因素影響，不可避免會(huì)產(chǎn)生裂紋 和破損，從而影響產(chǎn)品的正常使用，縮短使用壽命。如果能夠賦予材料自修復(fù)功能，即可解 決上述問題，顯著提高產(chǎn)品性能和使用壽命。自修復(fù)材料根據(jù)修復(fù)機(jī)理和材料制備可分為 兩類，一類屬于外援型自修復(fù)，即借助外加修復(fù)劑實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)，通常利用微膠囊及空 屯、纖維等在材料中預(yù)先埋入修復(fù)劑，當(dāng)材料產(chǎn)生裂紋時(shí)，分布在裂紋擴(kuò)展路徑上的微容器 隨之破裂，釋放出的修復(fù)劑將斷裂面重新結(jié)合起來，達(dá)到自修復(fù)的效果。運(yùn)種自修復(fù)材料的 缺點(diǎn)在于制備方法和工藝條件復(fù)雜苛刻，修復(fù)次數(shù)有限。
[0003] 另一類屬于本征型自修復(fù)材料，即不需要外加修復(fù)劑，依靠材料本身內(nèi)部的共價(jià) 或非共價(jià)鍵作用實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。本征型自修復(fù)材料較易實(shí)現(xiàn)材料的多次修復(fù)，但此類材料的 破損界面要達(dá)到納米尺寸的接觸才能實(shí)現(xiàn)自修復(fù)，因而軟的材料由于形變能力強(qiáng)，容易消 除破損產(chǎn)生的間隙，而現(xiàn)有的硬材料形變能力差，則難W克服運(yùn)種破損界面的間隙。
[0004] 現(xiàn)有的高分子自修復(fù)材料，在制備過程中需要嚴(yán)格除氧，所使用的設(shè)備W及工藝 條件有較高的要求，因此限制了所制備材料的尺寸和形狀。而且現(xiàn)有的高分子自修復(fù)材料 所使用的原料成分復(fù)雜，成本高，而且其自我修復(fù)效果也不理想，因此限制了自修復(fù)材料的 應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料及其制備方法，W解決上 述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 一種高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料，由W下重量份的原料制成：碳纖維10~20份， 酪醒樹脂25~35份，環(huán)氧樹脂20~30份，納米硫酸巧20~30份，氧化鋒15~25份，納 米二氧化鐵2~4份，馬來酸酢接枝聚丙締10~16份。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：具體由W下重量份的原料制成：碳纖維15份，酪醒樹 脂30份，環(huán)氧樹脂25份，納米硫酸巧25份，氧化鋒20份，納米二氧化鐵3份，馬來酸酢接 枝聚丙締13份。
[0009] 一種所述的高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料的制備方法，其特征在于，具體制備步驟 如下：
[0010] (1)將各原料按配比混合，并攬拌均勻，并加入適量水，混合均勻形成混合液；
[0011] (2)將混合物溶液進(jìn)行真空脫氣0.化，真空脫氣的真空度控制在100-200Pa，將混 合物溶液中的氣體完全除去； 陽(yáng)01引 （3)將除去氣體后的混合物溶液倒入真空的模具中，在80~90°C下反應(yīng)3~地， 將模具置于室溫下進(jìn)行緩慢冷卻，即得預(yù)成品；
[0013] (4)將預(yù)成品放入相對(duì)濕度為25~35%的環(huán)境中，調(diào)整放置時(shí)間改變材料的水含 量，獲得不同機(jī)械強(qiáng)度的高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的高分子自修復(fù)材料制備工藝簡(jiǎn) 單，易于實(shí)施，且材料強(qiáng)度可調(diào)，質(zhì)量明顯優(yōu)于現(xiàn)有的自修復(fù)材料，可W實(shí)現(xiàn)硬材料的多次 高效修復(fù)，彈性大，修復(fù)效果好，不易損壞，大大提高了自修復(fù)材料的應(yīng)用范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的 實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都 屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016] 實(shí)施例1
[0017] 高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料，由W下重量份的原料制成：碳纖維10份，酪醒樹脂 35份，環(huán)氧樹脂20份，納米硫酸巧30份，氧化鋒15份，納米二氧化鐵4份，馬來酸酢接枝聚 丙締10份。
[0018] 上述高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料的制備方法，具體制備步驟如下：
[0019] (1)將各原料按配比混合，并攬拌均勻，并加入適量水，混合均勻形成混合液；
[0020] (2)將混合物溶液進(jìn)行真空脫氣0.化，真空脫氣的真空度控制在100-200Pa，將混 合物溶液中的氣體完全除去；
[0021] (3)將除去氣體后的混合物溶液倒入真空的模具中，在90°C下反應(yīng)地，將模具置 于室溫下進(jìn)行緩慢冷卻，即得預(yù)成品； 陽(yáng)022] (4)將預(yù)成品放入相對(duì)濕度為30%的環(huán)境中，調(diào)整放置時(shí)間改變材料的水含量， 獲得不同機(jī)械強(qiáng)度的高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料。 陽(yáng)〇2引 實(shí)施例2
[0024] 高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料，由W下重量份的原料制成：碳纖維15份，酪醒樹脂 30份，環(huán)氧樹脂25份，納米硫酸巧25份，氧化鋒20份，納米二氧化鐵3份，馬來酸酢接枝聚 丙締13份。
[0025] 上述高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料的制備方法，具體制備步驟如下：
[00%] (1)將各原料按配比混合，并攬拌均勻，并加入適量水，混合均勻形成混合液；
[0027] (2)將混合物溶液進(jìn)行真空脫氣0.化，真空脫氣的真空度控制在100-200Pa，將混 合物溶液中的氣體完全除去；
[0028] (3)將除去氣體后的混合物溶液倒入真空的模具中，在85°C下反應(yīng)地，將模具置 于室溫下進(jìn)行緩慢冷卻，即得預(yù)成品； 陽(yáng)029] (4)將預(yù)成品放入相對(duì)濕度為30%的環(huán)境中，調(diào)整放置時(shí)間改變材料的水含量， 獲得不同機(jī)械強(qiáng)度的高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料。
[0030] 實(shí)施例3
[0031] 高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料，由W下重量份的原料制成：碳纖維20份，酪醒樹脂 25份，環(huán)氧樹脂30份，納米硫酸巧20份，氧化鋒25份，納米二氧化鐵2份，馬來酸酢接枝聚 丙締16份。 陽(yáng)032]上述高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料的制備方法，具體制備步驟如下：
[0033] (1)將各原料按配比混合，并攬拌均勻，并加入適量水，混合均勻形成混合液；
[0034] (2)將混合物溶液進(jìn)行真空脫氣0.化，真空脫氣的真空度控制在100-200Pa，將混 合物溶液中的氣體完全除去；
[0035] (3)將除去氣體后的混合物溶液倒入真空的模具中，在80°C下反應(yīng)地，將模具置 于室溫下進(jìn)行緩慢冷卻，即得預(yù)成品；
[0036] (4)將預(yù)成品放入相對(duì)濕度為30%的環(huán)境中，調(diào)整放置時(shí)間改變材料的水含量， 獲得不同機(jī)械強(qiáng)度的高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料。 陽(yáng)037]在高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料出現(xiàn)裂紋時(shí)，按如下方法進(jìn)行修復(fù)：
[0038] 若出現(xiàn)裂紋的高分子自修復(fù)材料水含量不低于20%，則垂直于裂紋方向W不低于 0. 065MPa的力按壓高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料不少于4s，然后靜置0.化，即可實(shí)現(xiàn)自修 復(fù)。
[0039] 若出現(xiàn)裂紋的高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料水含量低于20%，則在裂紋處噴水霧， 然后垂直于裂紋方向W不低于0. 〇65MPa的力按壓高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料不少于5s， 然后靜置比，即可實(shí)現(xiàn)自修復(fù)；或者垂直于裂紋方向W不低于0. 065MPa的力按壓高分子自 修復(fù)彈性機(jī)械材料不少于5s后，放置于相對(duì)濕度為100%的環(huán)境中4天，即可實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。
[0040] 對(duì)上述高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料做水含量變化測(cè)試和拉伸測(cè)試，如表1所示， 將本實(shí)施例所得自修復(fù)材料在相對(duì)濕度為35%的環(huán)境中分別放置不同時(shí)間，得到不同水含 量的自修復(fù)材料，經(jīng)測(cè)試各自修復(fù)材料的機(jī)械強(qiáng)度如下表，
[0041] 表1自修復(fù)材料在相對(duì)濕度為35%的環(huán)境中不同時(shí)間內(nèi)水含量與機(jī)械強(qiáng)度的變 化
[0043] 對(duì)本實(shí)施例所得樣品做自修復(fù)測(cè)試：
[0044] 將本實(shí)施例所得高分子自修復(fù)材料在相對(duì)濕度為20%的環(huán)境中放置地，材料水 含量為30%左右；將材料從中間切成兩份后，施加0. 065MPa的壓力IOs將兩份按壓在一 起，靜置Ih后，兩份重新成為完整的一個(gè)材料，實(shí)現(xiàn)了自修復(fù)；重復(fù)切開、按壓、修復(fù)4次后， 材料仍可W實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。
[0045] 將本實(shí)施例所得高分子自修復(fù)材料在相對(duì)濕度為20%的環(huán)境中放置72h，材料水 含量為9%左右。
[0046] 將材料從中間切成兩份后，向材料斷裂面噴水霧，施加0.065MPa的壓力IOs將兩 份按壓在一起，靜置0.化后，兩份重新成為完成的一個(gè)材料，實(shí)現(xiàn)了自修復(fù)。重復(fù)切開、噴 水霧、按壓、修復(fù)5次后，材料仍可W實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。
[0047] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠W其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論 從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：碳纖維 10~20份，酚醛樹脂25~35份，環(huán)氧樹脂20~30份，納米硫酸鈣20~30份，氧化鋅 15~25份，納米二氧化鈦2~4份，馬來酸酐接枝聚丙烯10~16份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料，其特征在于，具體由以下重量 份的原料制成：碳纖維15份，酚醛樹脂30份，環(huán)氧樹脂25份，納米硫酸鈣25份，氧化鋅20 份，納米二氧化鈦3份，馬來酸酐接枝聚丙烯13份。3. -種如權(quán)利要求1或2所述的高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料的制備方法，其特征在于， 具體制備步驟如下： (1) 將各原料按配比混合，并攪拌均勻，并加入適量水，混合均勻形成混合液； (2) 將混合物溶液進(jìn)行真空脫氣0. 5h，真空脫氣的真空度控制在100-200Pa，將混合物 溶液中的氣體完全除去； (3) 將除去氣體后的混合物溶液倒入真空的模具中，在80~90°C下反應(yīng)3~4h，將模 具置于室溫下進(jìn)行緩慢冷卻，即得預(yù)成品； (4) 將預(yù)成品放入相對(duì)濕度為25~35%的環(huán)境中，調(diào)整放置時(shí)間改變材料的水含量， 獲得不同機(jī)械強(qiáng)度的高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高分子自修復(fù)彈性機(jī)械材料及其制備方法，由碳纖維、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、納米硫酸鈣、氧化鋅、納米二氧化鈦和馬來酸酐接枝聚丙烯按重量份組成，將各原料按配比混合，并攪拌均勻，并加入適量水，混合均勻形成混合液；將混合物溶液進(jìn)行真空脫氣，將混合物溶液中的氣體完全除去；將除去氣體后的混合物溶液倒入真空的模具中進(jìn)行反應(yīng)，將模具置于室溫下進(jìn)行緩慢冷卻，放入一定濕度的環(huán)境中，調(diào)整放置時(shí)間改變材料的水含量。本發(fā)明的高分子自修復(fù)材料制備工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，且材料強(qiáng)度可調(diào)，質(zhì)量明顯優(yōu)于現(xiàn)有的自修復(fù)材料，可以實(shí)現(xiàn)硬材料的多次高效修復(fù)，修復(fù)效果好。
【IPC分類】C08L51/06, B29C39/42, C08L63/00, C08L61/06, C08K7/06, C08K3/22, C08K3/30
【公開號(hào)】CN105295296
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510827540
【發(fā)明人】陳雪琴
【申請(qǐng)人】陳雪琴
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月20日