聚合物基自修復(fù)復(fù)合材料是以聚合物為基體的，在受外界作用后能做出自我診斷，并對(duì)裂紋或損傷能進(jìn)行一定程度地修復(fù)的復(fù)合材料。自然界中許多生物體在受到損傷后能自主診斷和修復(fù)，由此美國(guó)軍方在八十年代中期首先提出具有自診斷、自修復(fù)功能的智能復(fù)合材料這一概念。此后，這一領(lǐng)域很快就成為各國(guó)研究的重點(diǎn)之一.

 

 

       自修復(fù)功能實(shí)現(xiàn)的核心是能量供給和物質(zhì)供給。根據(jù)物質(zhì)和能量供給方式的不同，自修復(fù)體系可分為埋植式修復(fù)和原位式修復(fù)。根據(jù)修復(fù)劑的釋放條件與方式的不同，又可分為主動(dòng)模式與被動(dòng)模式。

 

       埋植式的修復(fù)將修復(fù)劑埋植于聚合物基體中，在感受到外界的作用之后，釋放出修復(fù)劑，由于毛細(xì)現(xiàn)象使得修復(fù)劑在整個(gè)裂紋中擴(kuò)散，然后按某種機(jī)制粘合裂紋。其中主動(dòng)模式的修復(fù)體系需要人為主動(dòng)地用熱、光等外界作用使裂紋修復(fù)。而被動(dòng)模式的修復(fù)體系在受外界力場(chǎng)的作用下，埋植的纖維會(huì)發(fā)生破裂，使修復(fù)劑釋放到裂紋區(qū)，從而修復(fù)裂紋。

 

       原位式修復(fù)體系是指在外界不加入任何修復(fù)介質(zhì)的情況下，材料體系在外界作用下就能自主進(jìn)行修復(fù)的系統(tǒng)。

 

 

       原位式修復(fù)體系雖然不用外加其他物質(zhì)，但它要求復(fù)合材料本身具有能自我修復(fù)的機(jī)制，所以這種修復(fù)方式的應(yīng)用范圍有限。而埋植式修復(fù)體系只需通過(guò)在現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上埋植修復(fù)劑體系即可實(shí)現(xiàn)，因而更有靈活性和實(shí)用性。其中被動(dòng)模式由于不用人的參與，材料能自主做出反應(yīng)，更加具有智能性。

 

      White等設(shè)計(jì)了如圖1所示的復(fù)合材料體系。在微膠囊中包入修復(fù)單體，在基體中分散能使修復(fù)單體聚合的催化劑。當(dāng)復(fù)合材料受外力作用下產(chǎn)生的裂紋發(fā)展到微膠囊表面并使微膠囊破裂，由于毛細(xì)作用，修復(fù)單體充滿到微裂紋內(nèi)部，當(dāng)發(fā)展的裂紋碰到基體中分布的催化劑時(shí)，修復(fù)劑發(fā)生聚合，從而修復(fù)裂紋，使材料性能得到一定程度的恢復(fù)。

 

       在這樣一種體系中必須滿足的隱含條件有：①裂紋被引發(fā)后能發(fā)展到微膠囊表面，并有足夠的能量使微膠囊發(fā)生破裂：②催化劑在基體中的分散不影響催化劑的活性和穩(wěn)定性：③催化劑在基體中足夠多，無(wú)論在什么地方出現(xiàn)了微裂紋，修復(fù)單體都能被引流至催化劑周邊：④催化劑有足夠的活性能引發(fā)修復(fù)單體的聚合，并且這種聚合反應(yīng)活性點(diǎn)能傳遞到整個(gè)裂紋區(qū)域：⑤微膠囊與催化劑的加入不能造成復(fù)合材料性能的明顯下降；⑥這種修復(fù)過(guò)程進(jìn)行后對(duì)復(fù)合材料的性能有一定程度的恢復(fù)。

 

      Kessler等對(duì)這一自修復(fù)體系進(jìn)行了驗(yàn)證。將修復(fù)單體雙環(huán)戊二烯(DCPD)用脲醛樹脂為囊壁的微膠囊包覆后與Grubb s催化劑分散于環(huán)氧基體當(dāng)中。結(jié)果表明，破裂后在微膠囊附近確實(shí)有D CI:D的流出并發(fā)生了聚合。在室溫下修復(fù)48小時(shí)，平均修復(fù)率為38%，最大修復(fù)率為45%;而在80。C下修復(fù)時(shí)則分別提高到66%和80%。

 

 

       上述體系有以下不足：①催化劑分散在基體中，微膠囊破裂后，要保證單體接觸到催化劑，則基體中必須到處都有較大濃度的催化劑，催化劑的利用效率會(huì)很低。②烯烴聚合后與基體不存在化學(xué)鍵合，界面粘結(jié)力弱，修復(fù)后強(qiáng)度較低。③GIubb s催化劑埋植于基體中，催化活性會(huì)在一定程度上下降。

 

       為了解決這些問(wèn)題，我們提出一種新的自修復(fù)體系（見圖2）。將同時(shí)含有乙烯基硅和硅氫鍵的有機(jī)硅單體，包在微膠囊里，分散在玻璃纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料里，玻璃纖維的表面進(jìn)行過(guò)修飾而帶有乙烯基硅和Karstedt催化劑。當(dāng)材料受到外力作用產(chǎn)生裂紋時(shí)月交囊破裂，膠囊里的化合物流向基質(zhì)，并隨裂紋的發(fā)展流向玻璃纖維表面，碰到玻璃纖維表面的Karste dt催化劑時(shí)，有機(jī)硅單體發(fā)生硅氫化交聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)而填充裂紋，并鍵合在玻璃纖維的表面，以修補(bǔ)裂紋，恢復(fù)材料原有的機(jī)械性能。

 

       這一體系有三個(gè)顯著的特點(diǎn)：①Ka rsted t催化劑有良好的穩(wěn)定性能，對(duì)環(huán)境不敏感，而且無(wú)色透明，能應(yīng)用在無(wú)色透明或淺色的高分子體系中：②催化劑修飾在玻璃纖維表面而不是在基體中，裂紋的發(fā)展必然是要到達(dá)玻璃纖維表面的，所以催化劑的使用效率將大大提高：③聚合物基復(fù)合材料的界面是材料的薄弱環(huán)節(jié)，將Karstedt催化劑修飾在玻璃纖維的表面，有機(jī)硅的交聯(lián)聚合反應(yīng)在此表面發(fā)生，將使自修復(fù)的效果更明顯。