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《华南理工大学》 2015年
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微胶囊型自修复聚硅氧烷弹性体的结构与性能研究

刘云鹏  
【摘要】:高分子弹性体材料在长时间受到拉伸、压缩、剪切、扭转等外力作用时,材料内部会不断产生微裂纹或细小损伤,而这种损伤会随着时间延长而不断扩展,最终产生严重破坏而失效。通常情况下,在材料失效之前,必须将其及时更换,但是对于部分不易拆卸且要求使用寿命长的弹性体,其内部损伤的自修复显得极为重要。这种自修复性能可以有效保障弹性体的使用安全性,防止弹性体早期破坏,延长其使用寿命。自修复弹性体能应用于航空航天、空间站、特种机械密封等领域。此外,开展自修复弹性体的研究,对丰富现有自修复材料的种类,完善自修复机理具有重要的理论价值。采用微胶囊型自修复体系是实现弹性体自修复的有效途径之一。本研究采用脲醛树脂为壁材,羟基硅油/三甲氧基硅油混合物为芯材,采用原位聚合法制备自修复微胶囊。分别采用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、聚乙烯醇(PVA)、阿拉伯树胶作为乳化剂制备微胶囊,研究乳化剂的种类及浓度、芯材粘度、芯壁投料比、搅拌速度对微胶囊结构与性能的影响。采用光学显微镜分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析、热重(TGA)分析对微胶囊表征。结果表明,采用SDBS作为乳化剂,SDBS浓度为0.5wt.%,搅拌速度为550rpm,芯材和壁材投料比为3:1,芯材粘度为803m Pa·s时,制备的微胶囊粒径大小较均匀,表面光滑,形状呈规则的球形,芯材含量达到77.4%。FT-IR分析表明以脲醛树脂为壁材的微胶囊内包覆了羟基硅油和三甲氧基硅油的混合物。微胶囊在210℃以内可以稳定使用。进一步研究了添加微胶囊的液体硅橡胶的自修复性能。采用拉伸模式测定并计算弹性体的修复效率,通过修复效率和自修复定性分析对弹性体的自修复性能进行评价。研究微胶囊粒径、微胶囊含量、催化剂含量、修复时间、芯材粘度、芯材含量因素对液体硅橡胶修复效率的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)分析、全反射红外光谱(ATR)分析、GA分析对自修复液体硅橡胶进行表征。结果表明,当微胶囊粒径大小为250μm,微胶囊含量为12wt.%,催化剂(二月桂酸二丁基锡)含量为8wt.%,芯材粘度为803m Pa·s时,在室温下修复时间为10h,其修复效率可以最高可达41.4%。SEM分析表明,加入微胶囊后的液体硅橡胶断面比较粗糙,部分微胶囊从基体脱离后,在基体断面上留下可见孔洞。TGA分析表明,加入微胶囊的液体硅橡胶样品的起始分解温度为382.0℃,最大失重速率温度为473.4℃,分别比未加微胶囊的液体硅橡胶的相应温度低33℃和59℃,这是因为微胶囊的脲醛树脂壁材的热分解温度低于液体硅橡胶基体的缘故。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ333.93

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