聚合物基复合材料自修复用微胶囊表面改性的研究

论文摘要

掺杂自修复用微胶囊的聚合物基复合材料在航天、航空领域中有着巨大的发展潜力和使用价值。微胶囊与树脂基体的界面效应会带来复合材料强度的下降,同时也会导致基体内微裂纹扩展到界面处便沿着界面的薄弱处绕过胶囊扩展而不是使胶囊破碎,使微胶囊不能正常工作,所以微胶囊与树脂基体的界面结合的程度是影响复合材料的性能和自修复效率的关键因素。本文针对自修复复合材料的界面区域,对加入的自修复载体微胶囊进行表面改性,采用不同方案在微胶囊表面接枝可以与环氧树脂基体反应的官能团,探讨了其各自的反应机理,研究了不同方案的制备过程,并对不同方案制得的微胶囊进行了红外光谱（IR）分析、X射线光电子能谱（XPS）分析以及表面形貌（SEM）分析,证明并分析微胶囊表面存在给定的官能团。对表面处理微胶囊表面进行表征和分析,IR分析可以确定微胶囊脲醛树脂囊壁已经形成;胶囊中包覆有芯材;证明了在微胶囊壁材表面存在一层硅烷偶联剂;XPS分析得到了NH2-硅烷偶联剂与微胶囊脲醛树脂壁材之间是化学连接和物理连接的综合作用结果,处理后的微胶囊表面形成一层硅烷偶联剂的包覆膜;表面形貌分析得出表面改性过的微胶囊与环氧树脂基体之间的界面连接紧密,开裂现象明显减少。对表面环氧基化微胶囊表面进行了表征和分析,IR分析得出表面环氧基化微胶囊脲醛树脂囊壁已经形成,存在环氧官能团的特征吸收峰,表明了环氧官能团被成功植入微胶囊壁材结构中;XPS分析得到在微胶囊表面环氧基有一定的分布;表面形貌分析得出表面环氧基化微胶囊较普通微胶囊表面粗糙。还进行了表面环氧基化微胶囊的性能表征,通过微胶囊芯材含量分析,得出胶囊芯材含量在55%左右;通过热失重（TGA）、差热法（DTA）分析了微胶囊产品的热稳定性能;还研究了微胶囊产品的缓释性能。通过实验和理论分析,验证了微胶囊表面处理改性机理和微胶囊表面环氧基化机理,成功地在脲醛树脂壁材结构中植入了官能团,实现了胶囊的功能化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 本课题研究的目的和意义
• 1.3 自修复复合材料研究进展
• 1.4 微胶囊技术
• 1.4.1 国内外研究进展
• 1.4.2 微胶囊形态结构及功能
• 1.4.3 微胶囊的应用
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第2章 微胶囊表面改性机理
• 2.1 表面处理理论
• 2.2 表面环氧基化原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 表面改性微胶囊的制备
• 3.1 实验原料及仪器设备
• 3.1.1 主要原料
• 3.1.2 主要实验仪器及设备
• 3.2 微胶囊的制备
• 3.2.1 原材料的选择
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 微胶囊的合成工艺
• 3.2.4 表面处理
• 3.3 表面环氧基化微胶囊的制备
• 3.4 本章小结
• 第4章 表面处理微胶囊的表征与分析
• 4.1 红外光谱分析
• 4.2 XPS表征和分析
• 4.3 表面形貌表征
• 4.4 本章小结
• 第5章 表面环氧基化微胶囊表征与分析
• 5.1 红外光谱分析
• 5.2 XPS表征和分析
• 5.3 表面形貌表征
• 5.4 微胶囊囊芯含量分析
• 5.5 微胶囊的缓释性分析
• 5.6 微胶囊的热稳定性分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢