關于制備結構用自我修復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，自我修復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行自我修復。本文對制備結構用自我修復高分子材料進行了分析，使用力學、化學、物理學的理論，研究出了自我修復型的高分子材料。除此之外，對于高分子材料的合成、配方、制造工藝、性能等等，為高分子材料的應用提供理論依據。

關鍵詞：自修復；高分子材料；修復劑

伴隨我國經濟的高速發展，我國的工業面臨著重大機遇和挑戰。在工業建設領域，高分子材料有非常廣泛的應用，有特別明顯的優勢：環境污染小、生產效率高。然而在生產制造時材料可能會出現裂縫，這些會嚴重影響材料的使用壽命。而且這些微裂縫在初期很難辨別，即使發現了材料存在的微裂縫，也很難及時進行修復。所以，若高分子材料具備自我修復的能力，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功能，即可解決上述問題，顯著提高產品的安全性，延長其使用壽命。

1 自我修復型高分子材料概述

由于高分子材料的輕便、耐用的特殊優勢，使得高分子材料的應用越來越廣泛，這也為工業生成領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，不可避免地導致產品內部出現微裂縫，這些現象的存在會嚴重影響產品的正常使用。高分子材料研究者從自然生物領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品的微裂縫現象。所以，很多有關專業人員都將高分子材料的制造技術當作研究重點，以期加快我國工業建設。自修復型的高分子材料模仿的是自然生物的自愈機能，采取的是一種能量補給方式來彌補微裂縫，以避免微裂縫的擴大。

根據高分子材料的自我修復功能和材料特點，將自我修復型高分子材料分為兩種：基于單膠囊修復劑的制備技術和基于雙膠囊修復劑的制備技術。基于雙膠囊修復劑的制備技術指的是當材料內部出現微裂縫時，微容器里面的液態修復劑會到達裂縫的地方，以此把裂縫連接起來。基于單膠囊修復劑的制備技術指的是在材料內部不需要加入修復劑，在外界刺激下，高分子材料的結合可逆能力會自行修復微裂縫。

2 基于單膠囊修復劑的制備技術

基于單膠囊修復劑的制備技術，一般有兩類修復劑：第一類是活性聚合體系，另外一種被稱為環氧樹脂/咪唑修復劑體系。前者歸類于熱塑性高分子材料，它對應的制備基本理論為：原本表現出活性聚合的聚合鏈同時具有一定的活性，在活性聚合體系當中加入單體后，活性聚合鏈就會一直增加。其詳細制造流程為：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）之中加以復合，GMA是一種高分子材料的修復劑。活性聚合得到的聚合鏈有一定的活性，因此，如果高分子材料出現了微裂縫，那么在膠囊中的GMA會隨之釋放，出現常溫聚合物，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微裂縫的地方，分子之間的物理作用會抑制微裂縫的擴大。在高分子材料的自我修復過程中，不需要額外加入其它的化學物質。所以，在高分子材料的制作時，需要綜合考慮化學物質的有效性。

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

3 以雙膠囊修復劑為基礎的制備技術

現下，環氧樹脂/硫醇修復劑體系屬于制備結構用自我修復型高分子材料范疇內的普遍類型，環氧樹脂屬于熱固性高分子材料，而且環氧樹脂抗腐蝕性強、穩定性高的優勢。所以，這種修復劑體系在現在工業中得到了很廣泛的使用。在制備結構用自我修復型高分子材料時，可以挑選環氧樹脂這種材料。把這種具備良好黏合效果的環氧樹脂當作一種修復劑。使用微膠囊把固化劑包裝，然后將其埋入基體當中，這樣就可以得到具備自我修復能力的高分子材料。

若高分子材料是由于沖擊、疲勞出現了微裂縫的現象。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劑會共同進入這些微裂縫，然后發生化學作用對這些裂縫進行修復。在制作這些膠囊的時候，需要使用新型的化學物質聚氰胺-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，可以選擇環氧樹脂-四氫鄰苯二甲酸縮水甘油酯（DTP），這種物質優勢很明顯，黏度低、活性高。這樣就能夠得到環氧樹脂膠囊。

4 結論

在高分子材料領域，具備自我修復型功能的高分子材料還在初期研究階段。對于制備結構用自我型的高分子材料研究可以擴展高分子材料在各行各業的使用，具有非常好的工業前景。這種命題的研究是一種多學科交叉研究，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國外大量研究成果，綜合考慮我國高分子材料領域的發展現狀，提出了很多有效的改進措施。

參考文獻：

[1]劉姣姣，楊栩.結構用自修復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：高分子材料與工程。