关于制备结构用自我修复型的高分子材料研究

摘 要：高分子材料广泛适用于航天、国防等高科技行业，自我修复性的高分子材料是一种智能材料，这种高分子材料本身具备自我诊断的功能，同时对于其中的微小裂缝能够进行自我修复。本文对制备结构用自我修复高分子材料进行了分析，使用力学、化学、物理学的理论，研究出了自我修复型的高分子材料。除此之外，对于高分子材料的合成、配方、制造工艺、性能等等，为高分子材料的应用提供理论依据。

关键词：自修复；高分子材料；修复剂

伴随我国经济的高速发展，我国的工业面临着重大机遇和挑战。在工业建设领域，高分子材料有非常广泛的应用，有特别明显的优势：环境污染小、生产效率高。然而在生产制造时材料可能会出现裂缝，这些会严重影响材料的使用寿命。而且这些微裂缝在初期很难辨别，即使发现了材料存在的微裂缝，也很难及时进行修复。所以，若高分子材料具备自我修复的能力，那么高分子材料存在的这些微裂缝问题就能够极大程度避免，有效提升材料的使用寿命。够赋予高分子材料自修复功能，即可解决上述问题，显著提高产品的安全性，延长其使用寿命。

1 自我修复型高分子材料概述

由于高分子材料的轻便、耐用的特殊优势，使得高分子材料的应用越来越广泛，这也为工业生成领域带来了极大的便利。但是，在高分子材料的加工使用过程中，不可避免地导致产品内部出现微裂缝，这些现象的存在会严重影响产品的正常使用。高分子材料研究者从自然生物领域的愈合功能得到启示，采取了一定的方式让高分子材料具备了这种自愈能力。高分子材料只要具有这种能力，就属于自修复型的高分子材料。具备这种性能的高分子材料可以极大程度上避免产品的微裂缝现象。所以，很多有关专业人员都将高分子材料的制造技术当作研究重点，以期加快我国工业建设。自修复型的高分子材料模仿的是自然生物的自愈机能，采取的是一种能量补给方式来弥补微裂缝，以避免微裂缝的扩大。

根据高分子材料的自我修复功能和材料特点，将自我修复型高分子材料分为两种：基于单胶囊修复剂的制备技术和基于双胶囊修复剂的制备技术。基于双胶囊修复剂的制备技术指的是当材料内部出现微裂缝时，微容器里面的液态修复剂会到达裂缝的地方，以此把裂缝连接起来。基于单胶囊修复剂的制备技术指的是在材料内部不需要加入修复剂，在外界刺激下，高分子材料的结合可逆能力会自行修复微裂缝。

2 基于单胶囊修复剂的制备技术

基于单胶囊修复剂的制备技术，一般有两类修复剂：第一类是活性聚合体系，另外一种被称为环氧树脂/咪唑修复剂体系。前者归类于热塑性高分子材料，它对应的制备基本理论为：原本表现出活性聚合的聚合链同时具有一定的活性，在活性聚合体系当中加入单体后，活性聚合链就会一直增加。其详细制造流程为：把活性聚合获取的聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA）添置于甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）之中加以复合，GMA是一种高分子材料的修复剂。活性聚合得到的聚合链有一定的活性，因此，如果高分子材料出现了微裂缝，那么在胶囊中的GMA会随之释放，出现常温聚合物，弥补裂缝。在这些聚合物里面，分子链和断面之间是以共价键的方式存在的，而且这些会作用于高分子材料出现微裂缝的地方，分子之间的物理作用会抑制微裂缝的扩大。在高分子材料的自我修复过程中，不需要额外加入其它的化学物质。所以，在高分子材料的制作时，需要综合考虑化学物质的有效性。

除此之外，还有一种双组分的自我修复体系——环氧树脂/咪唑修复剂体系，这种体系基本通过咪唑类潜伏固化剂还有胶囊化环氧树脂预聚物构筑而成。从潜伏固化剂之内存在某一化学成分CuBr2（2-MeIm）4，这种化学物质在室温下有很强的稳定性。然而，当温度达到150℃的时候，这种化学物质会发生化学变化，进而生成2-甲基咪唑、溴化铜，其中前者属于一种化学催化剂。环氧树脂和CuBr2（2-MeIm）4双方表现出显著的混溶性，所以，一旦潜伏固化剂发生化学变化的温度高于环氧树脂的固化温度，那么在发生化学反应时，之前充分渗透环氧树脂基体的CuBr2（2-MeIm）4就归类于一类潜伏的固化剂。因此，进行高分子材料处理的过程中，一旦产品里面出现了微裂缝，那么只需要提升温度至150℃，就可以发生化学固化，粘合材料中的微裂缝。除此之外，潜伏固化剂当中的CuBr2 （2-MeIm）4主要是以一种分子形式分布，分子具备扩散性，因此这种化学物质会有更大的机率同环氧树脂接触。可以确保产品的任何一个部分只要发生了微裂缝，都能够及时有效处理。

3 以双胶囊修复剂为基础的制备技术

现下，环氧树脂/硫醇修复剂体系属于制备结构用自我修复型高分子材料范畴内的普遍类型，环氧树脂属于热固性高分子材料，而且环氧树脂抗腐蚀性强、稳定性高的优势。所以，这种修复剂体系在现在工业中得到了很广泛的使用。在制备结构用自我修复型高分子材料时，可以挑选环氧树脂这种材料。把这种具备良好黏合效果的环氧树脂当作一种修复剂。使用微胶囊把固化剂包装，然后将其埋入基体当中，这样就可以得到具备自我修复能力的高分子材料。

若高分子材料是由于冲击、疲劳出现了微裂缝的现象。那在微裂縫的周围这些胶囊就会破裂。这主要是由于在这些胶囊里面的固化剂以及修复剂会共同进入这些微裂缝，然后发生化学作用对这些裂缝进行修复。在制作这些胶囊的时候，需要使用新型的化学物质聚氰胺-甲醛树脂来代替脲醛树脂。除此之外，在选取芯材材料的时候，可以选择环氧树脂-四氢邻苯二甲酸缩水甘油酯（DTP），这种物质优势很明显，黏度低、活性高。这样就能够得到环氧树脂胶囊。

4 结论

在高分子材料领域，具备自我修复型功能的高分子材料还在初期研究阶段。对于制备结构用自我型的高分子材料研究可以扩展高分子材料在各行各业的使用，具有非常好的工业前景。这种命题的研究是一种多学科交叉研究，在制备这种高分子材料时会遇到很多问题，加大了这方面研究难度。我国高分子材料研究人员根据国外大量研究成果，综合考虑我国高分子材料领域的发展现状，提出了很多有效的改进措施。

参考文献：

[1]刘姣姣，杨栩.结构用自修复型高分子材料的制备研究[J].西部皮革，2016，38（12）：11-12.

作者简介：王艺林（1995-），男，江苏丹阳人，专业：高分子材料与工程。