CN105273140A - 一种高分子自修复机械材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子自修复机械材料及其制备方法，由纳米二氧化钛、聚乙烯醇缩丁醛、甲基丙烯酸正丙酯、二硫苏糖醇、三丙二醇类二丙烯酸酯、钛粉和水制成，将原料混合搅匀，并进行三段真空脱气，除去混合物溶液中溶解的气体，将混合液倒入真空的模具中进行反应，将模具置于室温下进行缓慢冷却，将得到的预成品放入相对湿度为10～20%的环境中，获得不同机械强度的高分子自修复机械材料。本发明的高分子自修复材料的原料少，制备工艺简单，成本低，易于实施，且材料强度可调，质量明显优于现有的自修复材料，可以实现硬材料的多次高效修复，修复效果好，不易损坏，大大提高了自修复材料的应用范围。

Description

一种高分子自修复机械材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及机械材料领域，具体是一种高分子自修复机械材料及其制备方法。

背景技术

材料在使用过程中由于受到机械、热、化学等各种因素影响，不可避免会产生裂纹和破损，从而影响产品的正常使用，缩短使用寿命。如果能够赋予材料自修复功能，即可解决上述问题，显著提高产品性能和使用寿命。自修复材料根据修复机理和材料制备可分为两类，一类属于外援型自修复，即借助外加修复剂实现材料的自修复，通常利用微胶囊及空心纤维等在材料中预先埋入修复剂，当材料产生裂纹时，分布在裂纹扩展路径上的微容器随之破裂，释放出的修复剂将断裂面重新结合起来，达到自修复的效果。这种自修复材料的缺点在于制备方法和工艺条件复杂苛刻，修复次数有限。

另一类属于本征型自修复材料，即不需要外加修复剂，依靠材料本身内部的共价或非共价键作用实现自修复。本征型自修复材料较易实现材料的多次修复，但此类材料的破损界面要达到纳米尺寸的接触才能实现自修复，因而软的材料由于形变能力强，容易消除破损产生的间隙，而硬材料形变能力差，则难以克服这种破损界面的间隙。因此，本征型自修复多集中于水凝胶及部分弹性体材料。

现有的高分子自修复材料，在制备过程中需要严格除氧，所使用的设备以及工艺条件有较高的要求，因此限制了所制备材料的尺寸和形状。而且现有的高分子自修复材料所使用的原料成分复杂，成本高，其自我修复效果也不理想，因此限制了自修复材料的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分子自修复机械材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高分子自修复机械材料，由以下重量份的原料制成：纳米二氧化钛10～20份，聚乙烯醇缩丁醛30～40份，甲基丙烯酸正丙酯20～30份，二硫苏糖醇20～30份，三丙二醇类二丙烯酸酯15～25份，钛粉2～4份，水100～120份。

一种高分子自修复机械材料的制备方法，具体制备步骤如下：

（1）将各原料按配比混合，并搅拌均匀，得混合物溶液；

（2）将混合物溶液进行三段真空脱气0.5h，除去混合物溶液中溶解的气体，在真空脱气过程中，第一段真空脱气的真空度控制在10-100Pa，第二段真空脱气的真空度控制在1-10Pa，第三段真空脱气的真空度控制在0.1-1Pa，将混合物溶液中的气体完全除去；

（3）将除去气体后的混合物溶液倒入真空的模具中，在100～120℃下反应3～4h，将模具置于室温下进行缓慢冷却，即得预成品；

（4）将预成品放入相对湿度为20～30%的环境中，调整放置时间改变材料的水含量，获得不同机械强度的高分子自修复机械材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的高分子自修复材料的原料少，制备工艺简单，成本低，易于实施，且材料强度可调，质量明显优于现有的自修复材料，可以实现硬材料的多次高效修复，修复效果好，不易损坏，大大提高了自修复材料的应用范围。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

高分子自修复机械材料，由以下重量份的原料制成：纳米二氧化钛10份，聚乙烯醇缩丁醛30份，甲基丙烯酸正丙酯30份，二硫苏糖醇30份，三丙二醇类二丙烯酸酯15份，钛粉2份，水100份。

上述高分子自修复机械材料的制备方法，具体制备步骤如下：

（1）将各原料按配比混合，并搅拌均匀，得混合物溶液；

（2）将混合物溶液进行三段真空脱气0.5h，除去混合物溶液中溶解的气体，在真空脱气过程中，第一段真空脱气的真空度控制在10-100Pa，第二段真空脱气的真空度控制在1-10Pa，第三段真空脱气的真空度控制在0.1-1Pa，将混合物溶液中的气体完全除去；

（3）将除去气体后的混合物溶液倒入真空的模具中，在100℃下反应4h，将模具置于室温下进行缓慢冷却，即得预成品；

（4）将预成品放入相对湿度为30%的环境中，调整放置时间改变材料的水含量，获得不同机械强度的高分子自修复机械材料。

实施例2

高分子自修复机械材料，由以下重量份的原料制成：纳米二氧化钛15份，聚乙烯醇缩丁醛35份，甲基丙烯酸正丙酯25份，二硫苏糖醇25份，三丙二醇类二丙烯酸酯20份，钛粉3份，水110份。

上述高分子自修复机械材料的制备方法，具体制备步骤如下：

（1）将各原料按配比混合，并搅拌均匀，得混合物溶液；

（2）将混合物溶液进行三段真空脱气0.5h，除去混合物溶液中溶解的气体，在真空脱气过程中，第一段真空脱气的真空度控制在10-100Pa，第二段真空脱气的真空度控制在1-10Pa，第三段真空脱气的真空度控制在0.1-1Pa，将混合物溶液中的气体完全除去；

（3）将除去气体后的混合物溶液倒入真空的模具中，在110℃下反应3.5h，将模具置于室温下进行缓慢冷却，即得预成品；

（4）将预成品放入相对湿度为30%的环境中，调整放置时间改变材料的水含量，获得不同机械强度的高分子自修复机械材料。

实施例3

高分子自修复机械材料，由以下重量份的原料制成：纳米二氧化钛20份，聚乙烯醇缩丁醛40份，甲基丙烯酸正丙酯20份，二硫苏糖醇20份，三丙二醇类二丙烯酸酯25份，钛粉4份，水120份。

上述高分子自修复机械材料的制备方法，具体制备步骤如下：

（1）将各原料按配比混合，并搅拌均匀，得混合物溶液；

（2）将混合物溶液进行三段真空脱气0.5h，除去混合物溶液中溶解的气体，在真空脱气过程中，第一段真空脱气的真空度控制在10-100Pa，第二段真空脱气的真空度控制在1-10Pa，第三段真空脱气的真空度控制在0.1-1Pa，将混合物溶液中的气体完全除去；

（3）将除去气体后的混合物溶液倒入真空的模具中，在120℃下反应3h，将模具置于室温下进行缓慢冷却，即得预成品；

（4）将预成品放入相对湿度为30%的环境中，调整放置时间改变材料的水含量，获得不同机械强度的高分子自修复机械材料。

在高分子自修复机械材料出现裂纹时，按如下方法进行修复：

若出现裂纹的高分子自修复材料水含量不低于20％，则垂直于裂纹方向以不低于0.065MPa的力按压高分子自修复机械材料不少于4s，然后静置0.5h，即可实现自修复。

若出现裂纹的高分子自修复机械材料水含量低于20％，则在裂纹处喷水雾，然后垂直于裂纹方向以不低于0.065MPa的力按压高分子自修复机械材料不少于4s，然后静置0.5h，即可实现自修复；或者垂直于裂纹方向以不低于0.065MPa的力按压高分子自修复机械材料不少于4s后，放置于相对湿度为100%的环境中4天，即可实现自修复。

对上述高分子自修复机械材料做水含量变化测试和拉伸测试，如表1所示，将本实施例所得自修复材料在相对湿度为40%的环境中分别放置不同时间，得到不同水含量的自修复材料，经测试各自修复材料的机械强度如下表，

表1自修复材料在相对湿度为40%的环境中不同时间内水含量与机械强度的变化

时间	0	2	4	8	12	24	48	72
									水含量	48.5	42.0	32.6	19.0	13.5	12.0	10.2	9.2
弹性模量（MPa）	0.6	0.9	2.0	20.4	120.4	250.8	360.5	396.4

对本实施例所得样品做自修复测试：

将本实施例所得高分子自修复材料在相对湿度为20%的环境中放置4h，材料水含量为30%左右；将材料从中间切成两份后，施加0.065MPa的压力lOs将两份按压在一起，静置0.5h后，两份重新成为完整的一个材料，实现了自修复；重复切开、按压、修复4次后，材料仍可以实现自修复。

将本实施例所得高分子自修复材料在相对湿度为20%的环境中放置72h，材料水含量为9%左右。

将材料从中间切成两份后，向材料断裂面喷水雾，施加0.065MPa的压力lOs将两份按压在一起，静置0.5h后，两份重新成为完成的一个材料，实现了自修复。重复切开、喷水雾、按压、修复5次后，材料仍可以实现自修复。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (2)

1.一种高分子自修复机械材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：纳米二氧化钛10～20份，聚乙烯醇缩丁醛30～40份，甲基丙烯酸正丙酯20～30份，二硫苏糖醇20～30份，三丙二醇类二丙烯酸酯15～25份，钛粉2～4份，水100～120份。

2.一种如权利要求1所述的高分子自修复机械材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

（1）将各原料按配比混合，并搅拌均匀，得混合物溶液；

（2）将混合物溶液进行三段真空脱气0.5h，除去混合物溶液中溶解的气体，在真空脱气过程中，第一段真空脱气的真空度控制在10-100Pa，第二段真空脱气的真空度控制在1-10Pa，第三段真空脱气的真空度控制在0.1-1Pa，将混合物溶液中的气体完全除去；

（3）将除去气体后的混合物溶液倒入真空的模具中，在100～120℃下反应3～4h，将模具置于室温下进行缓慢冷却，即得预成品；

（4）将预成品放入相对湿度为20～30%的环境中，调整放置时间改变材料的水含量，获得不同机械强度的高分子自修复机械材料。