自修复高分子材料的发展方向及优势论文

摘要：因为高分子材料在生产与应用环节中, 常常会因为内部微小裂纹与部分位置损伤, 致使应用价值降低, 减缩使用年限。自修复高分子材料仿照生物损伤愈合原理, 自行的发现裂纹并借助某一原理愈合, 目前其在社会各个领域中优广泛的应用。文本在解析自修复概念与优越性的基础上, 从外源型及本征型自修复高分子材料两方面对其近几年研究进展进行归纳, 并对其发展趋向进行科学预测。

关键词：自修复; 高分子材料; 外源型; 本征型; 发展趋向;

新时期下, 高分子材料凭借质量轻、耐磨性优良以及便于加工等特点, 在工业生产与日常生活中有所应用, 但是高分子材料成体在制造的过程中, 材料内部出现一些微裂纹是不可规避的现象。从某一程度上分析, 这些微裂纹是裂缝出现的诱发因素, 使高分子材料的完整性受到损伤, 因为裂纹多数存在于材料内部深度, 故此探察难度相对较大。在高分子材料加工过程中探究仿生自修复, 演变成高分子领域中研究的焦点, 文本进行详细解析。

1 自修复概念与优势

自修复又被叫做自愈合, 为生物的主要属性之一。人类将在没有外界因素作用下, 材料自体对缺点自我辨识、管控与复原的能力被叫做自修复[1]。在外界机械力的作用下, 材料结构与性能的完整性会受到不同程度的损伤, 此时自修复分子材料可以借助某一原理去弥补裂痕存在的缺陷, 无需外力的辅助实现愈合的目标。

自修复高分子材料的优越性在以下几方面体现出来: (1) 方位相对固定, 由裂纹引起聚合, 目的性相对较强, 效率高; (2) 自行性, 不需要个人采用感官对其进行观察, 监测过程中人力资源耗损量有所降低; (3) 延长材料的'使用年限; (4) 降低材料运营期间的维修与养护成本; (5) 在材料智能化发展方面发挥一定导向作用; (6) 满足环境友好型社会建设需求, 规避了外加添加剂对生态环境产生的负面影响。

2 自修复高分子材料

参照是否在修复过程外加修复剂, 通常会把自修复材料细化为外援型与本征型两种类型。和过去几年相比较, 现阶段高分子自修复材料的研究从化学反应原理转型为应用范畴分析方面上, 关注的更多是修复结果与材料自体修复后功能的一致性, 同时也积极探究完善自修复条件的最适条件, 例如在室温下进行的自修复。

2.1 外援型自修复高分子材料

外援型大体上有微胶囊型和微脉管网络型两类型, 其实在20世纪90年代末期微胶囊型自修复材料就已经受到社会各个领域的关注。例如White课题组初次把双环戊二烯设置为修复剂包埋设于微胶囊内, 同时把处理好的微囊化修复剂和Urubb、催化剂一并排布在氧树脂基体内[2]。在外力作用于基体以及其发生损伤以后, 微胶囊结构被破坏的同时也会将一定量的修复剂释放出来。修复剂预毛细裂纹表层处于流动状态中, 触及催化剂以后就会发生聚合反应, 在裂纹位置产生新的聚合物, 借此方式实现修复裂缝的目标。与外援型自修复材料相关的研究大体上是集中在化学愈合机制、微胶囊/微脉管网络的规划与制备技术等方面上。在外援型自修复材料规划与制造的环境中, 应重点分析承载修复剂的微胶囊和微脉管对基材的使用功能是否产生影响, 同时在基材结构出现破损的情况下是否能够迅速应答并使修复剂外流[3]。外援型自修复材料在涂料、增韧增强复合材料、泡沫材料、陶瓷及金属制造领域中具有广泛的应用, 并且其具备一定的发展潜力, 但是受修复剂供应量的限制, 数次修复的目标难以实现, 与修复剂微裂纹应答相关的有效性与安稳性还需进行深度研究。此外, 外援型自修复修复剂和基材通常列属于不同体系的材料, 关于修复剂和基材两者融合性与复原后功能维持的长久性研究还缺乏深入性。

2.2 本征型自修复高分子材料

因为修复剂补给量受到限制, 多数外援型自修复材料无法实现数次自行修复的目标。本征型自修复材料应用材料自体的化学结构属性, 借助可逆共价键与非共价键的化学反应自行修复[4]。通常来讲, 具备动态特点且反应进程迅速的化学反应均可以被设置为本征型自修复的潜在资源库。本文对分子间相互作用力型自修复高分子材料进行介绍。

分子间相互作用力型自修复高分子材料和微胶囊型以及液芯纤维型自修复高分子材料在性能上存在显著差异性, 其内没有外加的修复剂, 仅凭借材料本体分子链间的相互作用力就可以对材料进行修整与复原。在材料结构受到损伤的情况下, 因为裂纹周边分子链的位置会发生一定偏移, 故此分子链内的活性官能

团会产生一定反应, 借此方式实现对材料自行修复的目标。氢键作用可以被视为一类较强的超分子作用, 若在机械力的作用下材料的结构发生损坏, 那么在氢键的协助下, 材料在温室环境中就可以达成自修复的目标, 材料自体裂痕在2天后大体就会不见, 在材料力学性能的协助下可快速恢复至材料的初始水平。在氢键作用下产生的自修复的过程是可以往复的[5]。从另一个角度分析, 即便是材料的同一位置受到数次损伤, 依然可以借助氢键作用去实现自行修复的目标, 并且每次修复的质量均能够维持在较高的水平上。这类具备自修复特性的高分子材料一方面具有一定的机械强度, 另一方面还可以使材料的使用年限大大延长, 经常被用在建筑物的墙体施工环节中, 简化了建筑墙体材料使用过程中的维修流程, 降低建筑结构运营成本的同时, 提升了其安全性能。

3 自修复高分子材料的未来发展方向

自修复高分子材料可以被视为近几年衍生出来的一类新兴领域, 因为自体性能的优越性使其具备较为广阔的发展空间, 这也是高分子科学与材料科学领域发展状况被广泛关注的原因之一。现阶段研究路线朝着含修复试剂与无修复试剂两个方向运行, 推进了微胶囊、微血管网络与动态共价化学、超分子作用等数个体系的研制进程, 同时借助对对体系组分不断完善的方式, 大幅度提升了修复率与修复次数[6]。但是该类材料在修复过程中还存在修复周期相对较长、成本相对较高的问题。自修复高分子材料在后续几年的发展趋向可以做出如下概述: (1) 增强性能。促使同一体系中修复率与往复频次提升, 并满足友好型社会发展需求; (2) 存在修复试剂的体系。即全力探寻修复产物和基体同一的体系, 从而进一步维护与提升修复效率; (3) 不含修复试剂的体系。积极开发多种超分子作用力, 推动新兴超分子聚合物体系的发展进程。

4 结语

综合全文论述的内容, 对自修复高分子材料的应用价值有更为全面的认识, 同时也了解到其性能处于不断完善状态中这一事实。自修复高分子材料在建筑领域中的应用, 力学性能与保温性能均是极为优良的, 多数被用在建筑结构中的墙体材料中, 自修复能力的具备使其使用寿命不断延长, 并且自行修复程序相对简单, 成本相对较低。

参考文献

[1]陈晓丹, 蒋国霞.自修复高分子材料近五年的研究进展[J].高分子通报, 2017, (08) :39-47.

[2]徐兴旺, 沈伟, 刘佳莉, 王俊壹, 李珅, 周兴.基于双硫键自修复高分子材料研究进展[J].广东化工, 2017, 44 (11) :124-126.

[3]冯建中, 明耀强, 张宇帆, 郭浩槟, 黄凯鑫, 胡剑峰, 瞿金清.异氰酸酯胶囊型自修复高分子材料研究进展[J].化工进展, 2016, 35 (01) :175-181.

[4]周兴, 李继航, 董延茂, 陈军, 袁冬生.自修复导电聚酰胺复合材料的制备及性能研究[J].苏州科技学院学报 (自然科学版) , 2014, 31 (04) :46-50.

[5]郭建华, 刘云鹏.自修复弹性体的研究进展[J].高分子材料科学与工程, 2014, 30 (12) :177-180.

[6]汪海平, 胡思前, 朱金凤, 蔡少君.智能自修复高分子材料用高稳定性微胶囊的制备[J].江汉大学学报 (自然科学版) , 2013, 41 (05) :9+12+10-11.