[发明专利]一种室温自修复型聚合物复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种自修复型聚合物复合材料。

背景技术

聚合物材料在建筑、机械、微电子等行业得到了广泛应用，在使用过程中聚合物材料由于机械疲劳、热疲劳、冲击、辐射、化学降解等作用不可避免地会在其内部产生局部损伤和微裂纹，导致性能下降。因此，对聚合物材料微裂纹的早期发现和修复是一个非常实际的问题，由于聚合物的裂纹往往在其内部深处出现，很难采用常规手段探测和修复。如果这些损伤不能及时进行修复，会严重影响材料的正常使用和缩短寿命，造成事故。因此，研究聚合物材料的仿生修复-自愈合，主动、自动地对损伤部位进行修复、对聚合物材料的应用十分重要。

近年来，为赋予聚合物材料损伤自修复能力而发展的方法包括：

(1)采用以呋喃多聚体和马来酰亚胺多聚体进行Diels-Alder(DA)热可逆共聚作为基体材料，通过热处理可在需要裂纹修复的地方形成共价键、并能多次对裂纹进行修复而不需添加额外的单体。参见Chen等人，“A Thermally Re-Memdable Cross-Linked PolymericMaterial”，Science，Vol.295，March 2002，pp.1698-1702。然而，该方法存在一些问题需要完善，如：马来酰亚胺单体熔点太高、不溶于呋喃四聚体，需要降低反应单体的熔点和改善互溶性；该聚合物在130℃下固化完全，固化耗时较长，需要加快反应速度。此外，该聚合物的使用温度(80-120℃)对于因热膨胀系数差异产生裂纹的电子封装材料比较理想，对于其它许多聚合物的应用则显得过低。

(2)以金属钌配合物为催化剂在损伤区域引发双环戊二烯聚合形成高交联的聚合物网络。其中，修复单体双环戊二烯存放于微胶囊中，催化剂颗粒直接分散于基体中，或用石蜡包裹，或接枝到胶囊表面。参见专利US 6518330B2，US6858659B2，US 71089142B2，CN1669132A，CN1509298A和文献Joseph.D.Rule等人，Wax-Protected Catalyst Microspheres for Efficient Self-Healing Materials，Advanced Materials，Vol(17)，2005，pp.205-208。该方法存在的问题是：(a)带有双键的活性单体自身不稳定，储存太长时间或温度太高均会发生自聚反应；(b)单体的物理性能不稳定，蒸汽压高、易渗透、挥发；(c)高活性催化剂的不稳定，易失活，环境承受能力差；(d)起修复作用的粘接成分与基体间缺少化学作用。

(3)采用聚二甲基硅氧烷作为修复材料，通过相分离把聚二甲基硅氧烷分散到聚乙烯基酯树脂内，引发剂二月桂酸二正丁基锡存于微胶囊内，促进剂加到基体中。参见Soo Hyoun Cho等人，Polydimethylsiloxane-Based Self-Healing Materials，AdvancedMaterials，Vol(18)，2006，pp.997-1000。该方法存在问题是：(a)起修复作用的粘接成分与基体间缺少化学作用，因而修复效果差；(b)基体的选择范围有限，必须不能溶解聚二甲基硅氧烷，否则无法相分离。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种能自我修复且修复过程不需要人工干预的基于环氧树脂交联的室温自修复型聚合物复合材料。

一种室温自修复型聚合物复合材料，由以下组分和重量百分数组成：

聚合物基体              40～98％，

含有液态环氧树脂的胶囊  1～50％，

含有液态多硫醇的胶囊    1～50％，

催化剂                  0.1～15％，

其中，催化剂在含有液态多硫醇的胶囊中或分布在聚合物基体内。

在上述室温自修复型聚合物复合材料中，所述聚合物基体为环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、聚氨酯、聚酰胺或丙烯酸树脂。

在上述室温自修复型聚合物复合材料中，所述含有液态环氧树脂的胶囊的芯材为液态环氧树脂，胶囊壁材为三聚氰胺-甲醛树脂、尿素-甲醛树脂或其混合物，囊芯/囊壁重量比为1∶2～9∶1，胶囊平均直径1μm～1mm，囊壁厚度100nm～10μm。