[发明专利]一种化学交联型高性能室温快速自修复柔性材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种化学交联型高性能室温快速自修复柔性材料，它是由羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯、交联剂和扩链剂为原料制备而成。该柔性材料兼具室温自修复和耐热性能，在引入交联结构提高耐热性和强度的同时，仍然保持了很好的室温自修复性能，且修复效率很高，有效解决了现有柔性耐热材料不具有自修复特性，以及普通室温自修复材料不耐高温的不足，填补了这一领域的空白。该柔性材料使用性能稳定、使用范围广、使用寿命长，可应用于各类弹性体、涂层材料、灌封材料以及粘接剂等体系，尤其是应用于高温环境或具有耐热抗烧蚀要求的外防护涂层及柔性制件材料，如飞行器防热涂层，其具有免维护、高可靠等优势，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于智能高分子材料领域，具体涉及一种化学交联型高性能室温快速自修复柔性材料及其制备方法和用途。

背景技术

防热材料在航天飞行器中具有不可替代的关键作用，随着航天飞行器飞行速度不断提高，气动热环境越来越恶劣，有效的外防热层可在飞行器面对剧烈的气动加热时为其提供足够的保护，确保飞行安全。然而，防热层仅仅具有防热性能仍然存在无法有效避免风险，其中，防热层的裂纹是航天飞行器飞行安全的重大隐患和致命威胁，比如，美国“哥伦比亚”号事故就是因为意外撞击导致防热层出现裂纹而引起，因此，保持防热层的结构完整性至关重要。当前，具有柔性结构特征的耐热涂层越来越重要，柔性材料由于其自身长期受到静态或动态拉伸、挤压、剪切、扭转等机械作用，更容易产生微裂纹，裂纹等缺陷的存在是防热结构的重大安全隐患，因此，对柔性防热材料进行改性，使其能够维持结构的完整性具有裂纹自动愈合功能，赋予防热材料自修复功能从而延长使用寿命和降低维护费用具有非常重要的意义。

自修复材料是一种在物体受损时能够进行自我修复的新型材料。自修复的目的是使材料在裂纹形成初期阻止裂纹继续扩展，或在材料破坏后能够自动弥合，恢复材料初始结构和性能，从而提高材料应用可靠性、拓展使用范围和延长使用寿命。其中，室温自修复材料由于具有修复条件的便捷性和温和型，从而在实际应用中，尤其是防护材料的自维护等方面具有重要价值。如果通过改性赋予烧蚀防热材料自修复功能，在材料出现裂纹和局部破坏时自动修复，将使飞行器的安全性和可靠性大幅提高，延长服役寿命，研发柔性烧蚀防热自修复材料对新一代航天飞行器发展具有重要意义。然而，现有大部分自修复材料用于人工皮肤，传感器，医用材料，汽车涂料等使用温度较温和的领域，用于耐热材料领域的研究非常少。

目前自修复材料按修复类型划分主要包括外援型自修复材料和本征型自修复材料。外援型自修复材料是指在材料基体中通过引入外加组分如含有修复剂体系的微胶囊、碳纳米管、微脉管或玻璃纤维等实现自修复功能，该方法需将各种修复剂体系预先包埋，然后添加到基体中，材料受损时，在外界刺激(力、pH值、温度等)作用下导致损伤区域的修复剂释放，从而实现自修复。本征型自修复材料是不需外加修复体系，而是材料本身含有特殊的化学键或其它物理化学性质如可逆共价键、非共价键、分子扩散等实现自修复功能。该方法不依赖于修复剂，省去了预先修复剂包埋技术等复杂步骤，在同一破损部位可实现多次可重复修复，且对基体性能影响小，但对材料分子结构设计是该方法面临的最大挑战，目前已成为研究重点。

目前本征型自修复材料大多属于线型非交联聚合物，对于耐热性更好的化学交联型的室温自修复材料较为少见。对于基于动态可逆共价键的交联聚合物体系而言，为了保持材料充分的分子链流动性和扩散能力以利于室温或者温和条件下自修复反应的进行，目前报道的绝大部分自修复体系都为凝胶或者低分子量的柔软材质体系应用的广泛性受到很大制约。要实现高分子温和条件下的自修复性能和高力学强度之间的平衡着实是一大挑战。因此开发能基于温和条件下修复的、具有优异力学性能的高分子材料有着广泛的市场需求和应用要求。