CN109370142B - 一种电磁响应自修复材料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电磁响应自修复材料以及制备工艺，包括70～85％凝胶材料，5～25％磁性粉末，1～10％导电粉末和1～10％导电纤维。其制备方法包括以下步骤：将凝胶材料投入反应器中，将反应器升温到150℃，保温30分钟，熔化搅拌均匀；将磁性粉末和导电粉末加入熔融反应器中，搅拌30分钟完全混合均匀；将导电纤维加入混合物中，将反应器升温到165℃，快速搅拌均匀，降温到150℃并保温静置30分钟；得到的混合物迅速注入模具中冷却至室温后脱模得到电磁响应自修复材料。本发明通过在具有热塑性的凝胶材料中加入磁性材料和导电材料，使凝胶材料具有一定的磁性、导电性和导热性，可以利用电磁感应对出现微裂纹货破损的凝胶材料进行快速非接触式熔化修复，提高凝胶材料使用寿命。

Description

一种电磁响应自修复材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种电磁响应自修复材料及制备工艺。
背景技术
对于金属的防护常用多种措施，主要有使用耐蚀性材料、金属表面改性、电化学防护、添加缓蚀剂和施加保护涂层等方法。其中施加防护涂层作为最有效最便捷手段被长期并广泛应用。涂层防腐是将具有一定耐蚀性的材料涂覆于被保护材料表面避免金属基体与腐蚀介质接触减缓腐蚀的发生。但是涂层材料在长期恶劣环境服役的过程中经常会出现开裂、起皮和脱落等现象，随着服役时间的延长逐渐失去保护效果。
涂层在失效初期若能及时的进行修复，可以使涂层性能改善达到保护周期延长的目的。本发明所制备的电磁响应自修复材料可以利用电磁感应快速对失效初期材料产生的裂纹等进行快速修复，从而达到提高材料使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁响应自修复材料以及制备工艺。
为了实现上述目的，本发明技术方案是：
一种电磁响应自修复材料，其特征在于它由凝胶材料、磁性粉末、导电粉末和导电纤维制备而成，各原料所占质量百分比为：70～85％凝胶材料，5～25％磁性粉末，1～10％导电粉末和1～10％导电纤维。
所述的凝胶材料为发明专利(201610318230.1)中的可循环凝胶材料。
所述的磁性粉末为Fe3O4粉末和Ni粉末中的一种，也可以是上述两种任意比例混合，粉末粒径为3～300微米。
所述的导电粉末为石墨烯粉末，粉末粒径为500～900微米。
所述的导电纤维为钢纤维和碳纤维中的一种，也可以是上述两种任意比例混合，纤维直径为50～100微米，长度为0.3～1毫米。
上述一种磁响应自修复材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)将凝胶材料投入反应器中，将反应器升温到150℃，保温30分钟，完全熔化搅拌均匀；
(2)将磁性粉末和导电粉末加入步骤(1)的熔融反应器中，持续搅拌30分钟完全混合均匀；
(3)将导电纤维加入到步骤(2)的混合物中，将反应器温度升高到165℃，快速搅拌均匀，降温到150℃并保温静置30分钟；
(4)将步骤(3)得到的混合物迅速浇注入模具中；
(5)将步骤(4)已注入物料的模具冷却至室温后脱模得到所需电磁响应自修复材料。
本发明所制备的电磁响应自修复材料特征在于：
通过在具有热塑性的凝胶材料中加入磁性材料和导电材料，使凝胶材料具有一定的磁性、导电性和导热性，可以利用电磁感应对出现微裂纹货破损的凝胶材料进行快速非接接触式熔化修复，从而提高凝胶材料使用寿命。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，其目的仅在于更好地理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。
实施例1
将85份凝胶材料加入反应釜中，缓慢加热到150℃，恒温30min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入5份Fe3O4粉末和9份石墨烯粉末，恒温150℃，待粉末混合均匀后加入升温到165℃，加入1份钢纤维快速搅拌30min，完全混合均匀后在150℃保温30min。浇注于40℃模具中，冷却到室温后，脱模得到电磁响应自修复材料。
将电磁响应自修复材料制备为1mm厚度标准哑铃形拉伸试样，在室温下进行拉伸试验，模拟材料出现裂纹并断裂。断裂后在500KHz的高频交变磁场下作用30s对断裂面进行修复，对修复后的材料进行拉伸试验，测试结果表明拉伸强度恢复到原始状态的83％。
实施例2
将80份凝胶材料加入反应釜中，缓慢加热到150℃，恒温30min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入10份Ni粉末和7份石墨烯粉末，恒温150℃，待粉末混合均匀后加入升温到165℃，加入3份钢纤维快速搅拌30min，完全混合均匀后在150℃保温30min。浇注于40℃模具中，冷却到室温后，脱模得到电磁响应自修复材料。
将电磁响应自修复材料制备为1mm厚度标准哑铃形拉伸试样，在室温下进行拉伸试验，模拟材料出现裂纹并断裂。断裂后在500KHz的高频交变磁场下作用30s对断裂面进行修复，对修复后的材料进行拉伸试验，测试结果表明拉伸强度恢复到原始状态的87％。
实施例3
将80份凝胶材料加入反应釜中，缓慢加热到150℃，恒温30min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入10份Fe3O4粉末和5份石墨烯粉末，恒温150℃，待粉末混合均匀后加入升温到165℃，加入3份钢纤维和2份碳纤维快速搅拌30min，完全混合均匀后在150℃保温30min。浇注于40℃模具中，冷却到室温后，脱模得到电磁响应自修复材料。
将电磁响应自修复材料制备为1mm厚度标准哑铃形拉伸试样，在室温下进行拉伸试验，模拟材料出现裂纹并断裂。断裂后在500KHz的高频交变磁场下作用30s对断裂面进行修复，对修复后的材料进行拉伸试验，测试结果表明拉伸强度恢复到原始状态的89％。
实施例4
将75份凝胶材料加入反应釜中，缓慢加热到150℃，恒温30min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入10份Fe3O4粉末、5份Ni粉末和3份石墨烯粉末，恒温150℃，待粉末混合均匀后加入升温到165℃，加入4份钢纤维和3份碳纤维快速搅拌30min，完全混合均匀后在150℃保温30min。浇注于40℃模具中，冷却到室温后，脱模得到电磁响应自修复材料。
将电磁响应自修复材料制备为1mm厚度标准哑铃形拉伸试样，在室温下进行拉伸试验，模拟材料出现裂纹并断裂。断裂后在500KHz的高频交变磁场下作用30s对断裂面进行修复，对修复后的材料进行拉伸试验，测试结果表明拉伸强度恢复到原始状态的90％。
实施例5
将75份凝胶材料加入反应釜中，缓慢加热到150℃，恒温30min完全熔化并混合均匀。然后向反应釜混合物中加入5份Fe3O4粉末、10份Ni粉末和1份石墨烯粉末，恒温150℃，待粉末混合均匀后加入升温到165℃，加入4份钢纤维和5份碳纤维快速搅拌30min，完全混合均匀后在150℃保温30min。浇注于40℃模具中，冷却到室温后，脱模得到电磁响应自修复材料。
将电磁响应自修复材料制备为1mm厚度标准哑铃形拉伸试样，在室温下进行拉伸试验，模拟材料出现裂纹并断裂。断裂后在500KHz的高频交变磁场下作用30s对断裂面进行修复，对修复后的材料进行拉伸试验，测试结果表明拉伸强度恢复到原始状态的92％。

Claims (5)

1.一种电磁响应自修复材料，其特征在于配方组成的质量百分含量为：70～85％凝胶材料，5～25％磁性粉末，1～10％导电粉末和1～10％导电纤维，其中的凝胶材料为一种可循环使用的耐腐蚀耐老化的凝胶材料，包含如下原料，下述原料以质量分数计量：
分子量为5000～20000的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物10～28％，分子量为1000～5000的聚氯乙烯0.1～3％，乙基纤维素2～20％，碳数为12的烷烃40～60％，蓖麻油2～12％，石蜡1～5％，苯并三唑0.1～0.5％，ZnO粉末0.5～2％，钛白粉2～4％。
2.根据权利要求1所述的电磁响应自修复材料，其特征在于所述的磁性粉末为Fe3O4粉末或Ni粉末或以上两者的任意比例混合，粉末粒径为3～300微米。
3.根据权利要求1所述的电磁响应自修复材料，其特征在于所述的导电粉末为石墨烯粉末，粉末粒径为500～900微米。
4.根据权利要求1所述的电磁响应自修复材料，其特征在于所述的导电纤维为钢纤维或碳纤维或以上两者的任意比例混合，纤维直径为50～100微米，长度为0.3～1毫米。
5.根据权利要求1所述的电磁响应自修复材料的制备方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：
(1)将凝胶材料投入反应器中，将反应器升温到150℃，保温30分钟，完全熔化搅拌均匀；
(2)将磁性粉末和导电粉末加入步骤(1)的熔融反应器中，持续搅拌30分钟完全混合均匀；
(3)将导电纤维加入到步骤(2)的混合物中，将反应器温度升高到165℃，快速搅拌均匀，降温到150℃并保温静置30分钟；
(4)将步骤(3)得到的混合物迅速浇注入模具中；
(5)将步骤(4)已注入物料的模具冷却至室温后脱模得到所需电磁响应自修复材料。
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