自修复隐身树脂的研究进展

王新壮

(南昌航空大学材料学院，江西 南昌 330063)

隐身技术是改变武器装备、平台等目标的可探测信号特征，使敌方探测系统难以发现或发现距离缩短的综合技术，是武器装备现代化和军事变革的重要标志之一。

隐身技术起源于德国发展在美国。早在二战期间，隐身技术便已经初露端倪，当时德国试制成功了一种能够吸收电磁波的特殊树脂，并把这种树脂涂在舰船或飞机上，可以使敌方的雷达接收不到反射信号，从而难以发现目标的行踪。

二战后至50年代末，隐身技术的研究中心转移到美国。这一时期，在结构型复合吸波材料、铁氧体吸波涂料、有源吸波材料、飞行器散射特性测试技术、雷达散射截面的理论研究和计算方法研究方面，都取得了突破性的进展。经过上述发展阶段之后，隐身问题正式作为美国武器装备技术要求的一部分来考虑。

然而，在隐身武器装备的运输、贮存及使用过程中，可能会因碰撞、划伤或腐蚀等因素，造成隐身树脂损伤，使隐身性能降低或丧失，严重影响武器装备的战场生存安全。因此，开展隐身树脂的损伤探测及修复技术研究，对于保障隐身武器装备的战场生存能力，充分发挥作战效能具有十分重要的意义。

隐身树脂的传统修复方式，是采用打磨机将受损部位清除干净，刮涂吸波腻子，再喷涂或刷涂隐身树脂的方式恢复隐身性能。这种方式对维修工艺要求非常严格，修复周期较长［1］。

二十世纪80年代末，美国军方首先提出自修复隐身树脂概念。模仿生物体损伤自修复的原理，使隐身树脂对内部或外部损伤能够进行自动修复，从而消除隐患，恢复隐身性能，延长使用寿命。

本体型自修复隐身树脂最早被应用［2］。利用微胶囊等微容器埋植修复剂于隐身树脂内部，当隐身树脂受损时，裂纹诱导修复剂流出，覆盖损伤表面并自动修复损伤，部分或完全地恢复隐身性能。目前，这种修复方式在应用中还存在一些技术难题难以突破，如使用微胶囊作微容器时，存在微胶囊收缩率高的难题。

本世纪初，外界条件刺激型自修复隐身树脂受到人们的关注。利用隐身树脂自身的特殊结构，在外界条件刺激下，自动修复损伤，部分或完全地恢复隐身性能。

Gerald等向环氧树脂内添加热塑性聚合物，混合吸波剂制成隐身树脂［3］。利用热塑性聚合物受热时在损伤断面扩散、润湿及互穿搭桥作用实现损伤修复，恢复隐身性能，修复效率达到60%以上。Chen等以呋喃多聚体和马来酰亚胺多聚体为原料，进行Diels－Alder(DA)热可逆共聚［4］，形成的大分子网络直接由具有可逆性的交联共价键相连，通过DA逆反应实现了热的可逆性，混合吸波剂制成隐身树脂，只要施加热处理，就可在受损部位形成共价键而完成修复。

以电磁辐射作为外界刺激源，实现隐身树脂的自修复是近几年的研究热点［5－7］，电磁辐射包括微波、红外线、可见光、紫外线及电子束等，具有价廉、易得及易操作等特点。Chung等制备了 l，l，1－tris(cinnamoyloxy methyl)ethane二聚树脂，混合吸波剂制成隐身树脂。在波长λ＞280纳米光照下，树脂内可逆配位键中电子激发和吸收的能量导致配位键暂时解离，树脂粘度迅速降低并覆盖受损部位，实现自修复，修复效率最高达78%［8］。Stefano等以聚酰亚胺和芘端基遥爪聚合物为原料，通过芳香增容π－π键合成了自修复树脂，混合吸波剂制成隐身树脂，只需使用紫外光照射，就可在受损部位形成配位键而完成修复，修复效率达到70%以上［9］。

Mark等以配体聚合物和金属原子中心低聚物为原料，通过金属离子和配体形成可逆配位键合成了自修复树脂，混合吸波剂制成隐身树脂，在紫外光照射下，隐身树脂受损部位实现快速修复［10］。

综上所述，外界条件刺激型自修复，作为一种新颖的自修复方式具有巨大的发展潜力。

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［2］C Dry.“Matrix cracking repair and filling using active and passive modes for smart timed release of chemicals form fibers into cement matrices”，Smart. Mater.Struct，1994，3(2):118 －123.

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［5］E B Murphy，F Wudl.“The world of smart healable materials”，Prog.Polym.Sci，2010，35:223 －251.

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［8］C M Chung，Y S Roh，S Y Cho.“Grack healing in polymeric materials via photochemical［2+2］cycloaddition”，Chem.Mater，2004，16:3982 －3985.

［9］B Stefano，W G Barnaby，H M Daniel.“A healable supramolecular polymer blend based on aromatic stacking and hydrogen bonding interactions”，J.Am.Chem.Soc，2010，132:12051 －12058.

［10］B Mark，T Liming，R K Justin.“Optically healable supramolecular polymers”，Nature，2011，472:334 －338.