杂志俱乐部2008年9月1日主题:自愈聚合物

对于这个日记俱乐部，我选择了一个大家可能都很新鲜的话题，因为它是八月号MRS公报．总的主题是自修复聚合物．

为了减少维护和能源成本，全球都需要延长材料的使用寿命。实现这一目标的途径之一是通过聚合物材料的自我修复。激活聚合物复合材料中的自愈机制有两种途径。外部刺激，如热、光、机械或化学试剂，可以在聚合物发生损伤后应用。这是有效的，但需要一个基础设施(更多的美元)来监控和修复损害。第二种方法是在聚合物基质的框架内结合愈合机制。在这种情况下，当材料损坏时，局部损伤被修复，裂纹不再通过材料传播。本周，我将重点讨论两种自我修复机制。

在第一篇论文中，描述了一种利用未反应单体微胶囊在环氧树脂中分散的自愈机制。一个稳定的二环戊二烯单体被封装在坚硬的外壳内(脲醛）.一个格拉布催化剂也分散在环氧树脂基体内。愈合的机制发生在裂缝断裂的时候微胶囊将单体释放到裂纹区域。暴露的催化剂与单体反应形成填满裂缝的交联网络。作者通过测量两种材料的比例来研究其愈合效率断裂韧性的愈合材料的断裂韧性的原始材料。

断裂韧性的测量采用锥形双悬臂梁(TDCB)测试。这种几何形状的优点是在测试过程中保持稳定的裂纹扩展。

作者发现，采用微胶囊法可以达到60%左右的愈合效率。这种自愈方法是多功能的，因为微胶囊的存在，无需催化剂，提高了环氧树脂的断裂韧性。同时，愈合剂的释放可以通过水动力作用减缓裂缝的速度有关屏蔽．有趣的是，如果环氧树脂在愈合后再次断裂，新的裂纹会在环氧树脂和愈合材料之间的界面上扩展。

第二篇论文是第一篇论文的扩展，使用了一种不同的自我修复机制。本文将环氧单体/溶剂混合物包封并分散在环氧树脂中。假设在胶囊破裂过程中，溶剂使周围基质膨胀，促进了残余物质的扩散胺索尔到裂缝界面。胺与环氧树脂反应，使裂缝愈合。这种方法的好处是溶剂是无毒的，并且作者证明了在低得多的微胶囊负载下100%的愈合效率。对修复后的环氧树脂断口表面的分析表明，裂纹再次在修复区域周围扩展。

第三篇论文讨论了一种促进脆性薄膜裂纹愈合的优雅途径(氧化硅延展性聚合物纳米复合材料（甲基丙烯酸）.这种应用将更适合于薄膜应用。作者利用纳米颗粒配体以及纳米颗粒的大小焓和熵改变纳米颗粒在聚合物中的分散，以响应界面上的裂缝。选择合适的配体和纳米颗粒直径将使纳米颗粒流向聚合物和脆性薄膜之间形成裂纹时产生的自由表面。

第四篇论文利用第三篇论文的概念来研究纳米颗粒浓度对狂热的形成和生长聚苯乙烯．虽然这不是一种自愈应用，但它说明了纳米颗粒如何影响自愈应用中的断裂行为。作者报告说，纳米颗粒不影响裂纹的产生、生长或扩展，但它们确实影响导致材料失效所需的最大应变。增加纳米颗粒浓度会导致材料失效所需的最大应变。这一最大值归因于被困在裂纹中的纳米颗粒抑制了交叉结的形成原纤维．

我有几个问题可能会引发讨论:

1. 在前两篇论文中，原始材料的初始预裂缝是用锋利的刀片造成的。当材料在愈合后进行测试时，裂纹尖端不再锋利。这对愈合后的断裂韧性有显著的贡献吗?
2. 如果混合使用I型和II型载荷，是否会产生类似的愈合效率?
3. 对于第三篇论文，用纳米颗粒填充材料之间的裂缝会使界面变韧吗?

• 一种自修复聚合物复合材料的断裂测试，陈志强，陈志强，陈志强，《实验力学》，2002，第4期，372-379

• 使用无毒溶剂基自修复系统完全恢复断裂韧性， M.M.卡鲁索，B.J. Blaiszik, S.R.怀特，N.R.索托斯，J.S.摩尔。，高分子材料学报，18,1998 - 2004,2008
• 多层复合聚合物结构中纳米颗粒的熵驱动偏析， S. Gupta, Q. Zhang, T. Emrick, A.C. Balazs, T.P. Russell，自然材料，5,229- 233,2006
• 玻璃聚合物-纳米颗粒复合材料的破坏机理j y。李，张琪，金勇。王晓明，王晓明，王晓明，中国农业大学学报(自然科学版)，2007