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自修復(fù)高分子材料的發(fā)展方向及優(yōu)勢(shì)論文 摘要:因?yàn)楦叻肿硬牧显谏a(chǎn)與應(yīng)用環(huán)節(jié)中,常常會(huì)因?yàn)閮?nèi)部微小裂紋與部分位置損傷,致使應(yīng)用價(jià)值降低,減縮使用年限。自修復(fù)高分子材料仿照生物損傷愈合原理,自行的發(fā)現(xiàn)裂紋并借助某一原理愈合,目前其在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中優(yōu)廣泛的應(yīng)用。文本在解析自修復(fù)概念與優(yōu)越性的基礎(chǔ)上,從外源型及本征型自修復(fù)高分子材料兩方面對(duì)其近幾年研究進(jìn)展進(jìn)行歸納,并對(duì)其發(fā)展趨向進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)。 關(guān)鍵詞:自修復(fù);高分子材料;外源型;本征型;發(fā)展趨向; 新時(shí)期下,高分子材料憑借質(zhì)量輕、耐磨性優(yōu)良以及便于加工等特點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)與日常生活中有所應(yīng)用,但是高分子材料成體在制造的過(guò)程中,材料內(nèi)部出現(xiàn)一些微裂紋是不可規(guī)避的現(xiàn)象。從某一程度上分析,這些微裂紋是裂縫出現(xiàn)的誘發(fā)因素,使高分子材料的完整性受到損傷,因?yàn)榱鸭y多數(shù)存在于材料內(nèi)部深度,故此探察難度相對(duì)較大。在高分子材料加工過(guò)程中探究仿生自修復(fù),演變成高分子領(lǐng)域中研究的焦點(diǎn),文本進(jìn)行詳細(xì)解析。 1自修復(fù)概念與優(yōu)勢(shì) 自修復(fù)又被叫做自愈合,為生物的主要屬性之一。人類將在沒有外界因素作用下,材料自體對(duì)缺點(diǎn)自我辨識(shí)、管控與復(fù)原的能力被叫做自修復(fù)1。在外界機(jī)械力的作用下,材料結(jié)構(gòu)與性能的完整性會(huì)受到不同程度的損傷,此時(shí)自修復(fù)分子材料可以借助某一原理去彌補(bǔ)裂痕存在的缺陷,無(wú)需外力的輔助實(shí)現(xiàn)愈合的目標(biāo)。 自修復(fù)高分子材料的優(yōu)越性在以下幾方面體現(xiàn)出來(lái):(1)方位相對(duì)固定,由裂紋引起聚合,目的性相對(duì)較強(qiáng),效率高;(2)自行性,不需要個(gè)人采用感官對(duì)其進(jìn)行觀察,監(jiān)測(cè)過(guò)程中人力資源耗損量有所降低;(3)延長(zhǎng)材料的使用年限;(4)降低材料運(yùn)營(yíng)期間的維修與養(yǎng)護(hù)成本;(5)在材料智能化發(fā)展方面發(fā)揮一定導(dǎo)向作用;(6)滿足環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)需求,規(guī)避了外加添加劑對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響。 2自修復(fù)高分子材料 參照是否在修復(fù)過(guò)程外加修復(fù)劑,通常會(huì)把自修復(fù)材料細(xì)化為外援型與本征型兩種類型。和過(guò)去幾年相比較,現(xiàn)階段高分子自修復(fù)材料的研究從化學(xué)反應(yīng)原理轉(zhuǎn)型為應(yīng)用范疇分析方面上,關(guān)注的更多是修復(fù)結(jié)果與材料自體修復(fù)后功能的一致性,同時(shí)也積極探究完善自修復(fù)條件的最適條件,例如在室溫下進(jìn)行的自修復(fù)。 2.1外援型自修復(fù)高分子材料 外援型大體上有微膠囊型和微脈管網(wǎng)絡(luò)型兩類型,其實(shí)在20世紀(jì)90年代末期微膠囊型自修復(fù)材料就已經(jīng)受到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注。例如White課題組初次把雙環(huán)戊二烯設(shè)置為修復(fù)劑包埋設(shè)于微膠囊內(nèi),同時(shí)把處理好的微囊化修復(fù)劑和Urubb、催化劑一并排布在氧樹脂基體內(nèi)2。在外力作用于基體以及其發(fā)生損傷以后,微膠囊結(jié)構(gòu)被破壞的同時(shí)也會(huì)將一定量的修復(fù)劑釋放出來(lái)。修復(fù)劑預(yù)毛細(xì)裂紋表層處于流動(dòng)狀態(tài)中,觸及催化劑以后就會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng),在裂紋位置產(chǎn)生新的聚合物,借此方式實(shí)現(xiàn)修復(fù)裂縫的目標(biāo)。與外援型自修復(fù)材料相關(guān)的研究大體上是集中在化學(xué)愈合機(jī)制、微膠囊/微脈管網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與制備技術(shù)等方面上。在外援型自修復(fù)材料規(guī)劃與制造的環(huán)境中,應(yīng)重點(diǎn)分析承載修復(fù)劑的微膠囊和微脈管對(duì)基材的使用功能是否產(chǎn)生影響,同時(shí)在基材結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破損的情況下是否能夠迅速應(yīng)答并使修復(fù)劑外流3。外援型自修復(fù)材料在涂料、增韌增強(qiáng)復(fù)合材料、泡沫材料、陶瓷及金屬制造領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用,并且其具備一定的發(fā)展?jié)摿?但是受修復(fù)劑供應(yīng)量的限制,數(shù)次修復(fù)的目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn),與修復(fù)劑微裂紋應(yīng)答相關(guān)的有效性與安穩(wěn)性還需進(jìn)行深度研究。此外,外援型自修復(fù)修復(fù)劑和基材通常列屬于不同體系的材料,關(guān)于修復(fù)劑和基材兩者融合性與復(fù)原后功能維持的長(zhǎng)久性研究還缺乏深入性。 2.2本征型自修復(fù)高分子材料 因?yàn)樾迯?fù)劑補(bǔ)給量受到限制,多數(shù)外援型自修復(fù)材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)次自行修復(fù)的目標(biāo)。本征型自修復(fù)材料應(yīng)用材料自體的化學(xué)結(jié)構(gòu)屬性,借助可逆共價(jià)鍵與非共價(jià)鍵的化學(xué)反應(yīng)自行修復(fù)4。通常來(lái)講,具備動(dòng)態(tài)特點(diǎn)且反應(yīng)進(jìn)程迅速的化學(xué)反應(yīng)均可以被設(shè)置為本征型自修復(fù)的潛在資源庫(kù)。本文對(duì)分子間相互作用力型自修復(fù)高分子材料進(jìn)行介紹。 分子間相互作用力型自修復(fù)高分子材料和微膠囊型以及液芯纖維型自修復(fù)高分子材料在性能上存在顯著差異性,其內(nèi)沒有外加的修復(fù)劑,僅憑借材料本體分子鏈間的相互作用力就可以對(duì)材料進(jìn)行修整與復(fù)原。在材料結(jié)構(gòu)受到損傷的情況下,因?yàn)榱鸭y周邊分子鏈的位置會(huì)發(fā)生一定偏移,故此分子鏈內(nèi)的活性官能 團(tuán)會(huì)產(chǎn)生一定反應(yīng),借此方式實(shí)現(xiàn)對(duì)材料自行修復(fù)的目標(biāo)。氫鍵作用可以被視為一類較強(qiáng)的超分子作用,若在機(jī)械力的作用下材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞,那么在氫鍵的協(xié)助下,材料在溫室環(huán)境中就可以達(dá)成自修復(fù)的目標(biāo),材料自體裂痕在2天后大體就會(huì)不見,在材料力學(xué)性能的協(xié)助下可快速恢復(fù)至材料的初始水平。在氫鍵作用下產(chǎn)生的自修復(fù)的過(guò)程是可以往復(fù)的5。從另一個(gè)角度分析,即便是材料的同一位置受到數(shù)次損傷,依然可以借助氫鍵作用去實(shí)現(xiàn)自行修復(fù)的目標(biāo),并且每次修復(fù)的質(zhì)量均能夠維持在較高的水平上。這類具備自修復(fù)特性的高分子材料一方面具有一定的機(jī)械強(qiáng)度,另一方面還可以使材料的使用年限大大延長(zhǎng),經(jīng)常被用在建筑物的墻體施工環(huán)節(jié)中,簡(jiǎn)化了建筑墻體材料使用過(guò)程中的維修流程,降低建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí),提升了其安全性能。 3自修復(fù)高分子材料的未來(lái)發(fā)展方向 自修復(fù)高分子材料可以被視為近幾年衍生出來(lái)的一類新興領(lǐng)域,因?yàn)樽泽w性能的優(yōu)越性使其具備較為廣闊的發(fā)展空間,這也是高分子科學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展?fàn)顩r被廣泛關(guān)注的原因之一?,F(xiàn)階段研究路線朝著含修復(fù)試劑與無(wú)修復(fù)試劑兩個(gè)方向運(yùn)行,推進(jìn)了微膠囊、微血管網(wǎng)絡(luò)與動(dòng)態(tài)共價(jià)化學(xué)、超分子作用等數(shù)個(gè)體系的研制進(jìn)程,同時(shí)借助對(duì)對(duì)體系組分不斷完善的方式,大幅度提升了修復(fù)率與修復(fù)次數(shù)6。但是該類材料在修復(fù)過(guò)程中還存在修復(fù)周期相對(duì)較長(zhǎng)、成本相對(duì)較高的問(wèn)題。自修復(fù)高分子材料在后續(xù)幾年的發(fā)展趨向可以做出如下概述:(1)增強(qiáng)性能。促使同一體系中修復(fù)率與往復(fù)頻次提升,并滿足友好型社會(huì)發(fā)展需求;(2)存在修復(fù)試劑的體系。即全力探尋修復(fù)產(chǎn)物和基體同一的體系,從而進(jìn)一步維護(hù)與提升修復(fù)效率;(3)不含修復(fù)試劑的體系。積極開發(fā)多種超分子作用力,推動(dòng)新興超分子聚合物體系的發(fā)展進(jìn)程。 4結(jié)語(yǔ) 綜合全文論述的內(nèi)容,對(duì)自修復(fù)高分子材料的應(yīng)用價(jià)值有更為全面的認(rèn)識(shí),同時(shí)也了解到其性能處于不斷完善狀態(tài)中這一事實(shí)。自修復(fù)高分子材料在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用,力學(xué)性能與保溫性能均是極為優(yōu)良的,多數(shù)被用在建筑結(jié)構(gòu)中的墻體材料中,自修復(fù)能力的具備使其使用壽命不斷延長(zhǎng),并且自行修復(fù)程序相對(duì)簡(jiǎn)單,成本相對(duì)較低。 參考文獻(xiàn) 1陳曉丹,蔣國(guó)霞.自修復(fù)高分子材料近五年的研究進(jìn)展J.高分子通報(bào),xx,(08):39-47. 2徐興旺,沈偉,劉佳莉,王俊壹,李珅,周興.基于雙硫鍵自修復(fù)高分子材料研究進(jìn)展J.廣東化工,xx,44(11):124-126. 3馮建中,明耀強(qiáng),張宇帆,郭浩檳,黃凱鑫,胡劍峰,瞿金清.異氰酸酯膠囊型自修復(fù)高分子材料研究進(jìn)展J.化工進(jìn)展,xx,35(01):175-181. 4周興,李繼航,董延茂,陳軍,袁冬生.自修復(fù)導(dǎo)電聚酰胺復(fù)合材料的制備及性能研究J.蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自

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