【推荐】玻璃纤维增强环氧基自修复复合材料的制备及表征PPT资料

胶囊含量 (%)
1 (5) 2 (10) 3 (20) 1 (5) 2 (10) 3 (20) 1 (5) 2 (10) 3 (20)
冲击能 量 (J)
1 (1.5) 2 (2.5) 3 (3.5) 2 (2.5) 3 (3.5) 1 (1.5) 3 (3.5) 1 (1.5) 2 (2.5)
纯环氧板与含20%胶囊的环氧板在裂缝破坏模式下的电镜图比较
样品 编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 修复效率 平均值 1 修复效率 平均值2 修复效率 平均值3 极差
超声-T 扫描结果
胶囊 平均粒径
(μm) 1 (8) 1 (8) 1 (8) 2 (44) 2 (44) 2 (44) 3 (108) 3 (108) 3 (108)
如图 6、图7所示，环氧828、PETMP （丙基巯基丙酸酯）和 BDMA（胺催化剂）
修复时间:
a：0
58 minb: 1h
c: 12h
纯完环整氧 的板测与试含过程20按%照胶正囊交的表环的氧设板5计在0 ，裂mi包缝n 括破三坏个模步式骤下：的电镜图比较
混d合: 2物4h 的活性官能团环氧基、巯基和羟基在 固化反应过程中红外吸收振动峰相对浓度不
纯环氧板冲击破坏面的能谱图 40 min
断变化（以惰性官能团羰基吸收峰为参比）
随着反应温度的升高，体系的自修复程度逐渐增大，达到最大反应速率的时间也逐渐缩短。
5J 的落锤冲击能量对测试样板进30行m冲in击破坏,并使用硫化机在常温下对选定的样板进行加压处理（3min）；
玻璃纤维增强环氧基层压板板的2测0 试mi方n 法 含20%胶囊环氧板冲击破坏面的能谱图
（1）不同能量的冲击破坏：分别使用1.
6
其中巯基和环氧基浓度逐渐降低，
1.0
而羟基浓度逐渐增加。官能团浓度变
化与反应机理完全相吻合。
3
0.5
Peak Area Ratio
versus (C=O) [100]
Peak Area Ratio versus (C=O)
hydrosulfide group
0
4
6
8
10
Impact time [ms]
图3-2 不同胶囊含量的环氧板冲穿实验载荷曲线对比图
扫描电子显微镜及发射能谱图
分析破坏面的成分 观察不同破坏程度下的修复情况
能谱比较图
纯环氧板冲击破坏面的能谱图
含20%胶囊环氧板冲击破坏面的能谱图
破坏面比较图
纯环氧板冲击破坏面的电镜图
含20%胶囊的环氧板冲击破坏面电镜图
固4化00反0 应过35程00连续3红0外00光谱2图500 2000 1500 1000
500
9
epoxy group
（后2破）坏采面用积超(声mm-T2扫) 描W法a测v定en受u损m面b积er并[计c算m其-1自] 修复效率；
hydroxyl group 1.5
自修复效率的影响因子大小为：冲击能量>胶囊粒径>修复压力>胶囊含量
100
200
300
400
500
Time [min]
随着反应温度的升高，体系的自修复程度逐渐增大，达到最大反应 速率的时间也逐渐缩短。
固化反应过程连续红外光谱图
hydroxyl group
carbonyl groide group 完整的测试过程按照正交表的设计，包括三个步骤：
0.0
0
10
20
30
40
50
Time [min]
材料力学性能的表征
图3-1 不同胶囊含量的环氧板冲穿效果图a：0；b：5%；c：10%；d：20%
2000
15
Impact load [N] Abosrbed energy [J]
1500 1000
500
10 0% 5% 10 % 20 %
5
0
0
0
2
随后如着破图反 坏6、应面图温积7度(所m的示m升2，)高环，氧体82系8的、自PE1修00T复MmmPii程nn（度丙逐基渐巯增基大丙，酸达酯到）最和大B反D应MA速（率胺的催时反化间应剂也过）逐混程渐合缩中物短各的。活官性能官团能团相环对氧浓基、度巯变基化和羟图基在固2化.0反应
过程中红外吸收振动峰相对浓度不断变化（以惰性官能团羰基吸收峰为参比）
论文创新之处
本论文选用目前正在迅速发展的微胶囊型自修复体系作为研究对 象，以日常生活中被广泛应用的玻璃纤维增强环氧树脂材料作为修复 对象，选择通用的性能优良的胶粘剂：环氧预聚物/固化剂双胶囊作 为修复体系，在室温条件下即可满足自修复功能实现所必需的能量供 给和物质供给。分别对环氧预聚物及其固化剂进行微胶囊化，有利于 提高修复剂组分的稳定性、长期保持修复剂组分的活性，有利于大规 模日常应用。
玻璃纤维增强环氧基自修复复 合材料的制备及表征
化学与化学工程学院 覃世想 指导老师 章明秋 教授 袁彦超 博士
自修复材料面临的问题
• 本体式修复模式强烈依赖人工干涉，如加热； • 对于外植式修复模式中的空心管道修复，装填和密封管道
的困难以及空心管道的特殊加工工艺限制了可能的规模化 工业应用； • 而发展最快、最有希望获得实际应用的微胶囊修复方式， 却因为修复体系选择不当或微胶囊化的困难而达不到理想 的修复效果。
图1 双胶囊修复体系修复原理示意图
表1：L9(34)正交实验表
样品板编号 胶囊平均粒径/μm 胶囊含量/% 冲击能量/J 修复压力/KPa
1
8
5
1.5
0
2
8
10
2.5
60
3
8
20
3.5
240
4
44
5
2.5
240
5
44
10
3.5
0
6
44
20
1.5
60
7
108
5
3.5
60
8
108
10
1.5
240
9
108
恒温DSC法研究体系的自修复动力学
EXO >
Degree of cure
Rate constant x10-4 [s-1]
(a) 30 oC
20 oC 10 oC 0 oC
1.0
12
(b)
0.8
9
0.6 6
0.4
0.2
3
0.0
0
-10
0
10 20 30
Temperature [oC]
-10 oC
0
20
2.5
0
玻璃纤维增强环氧基层压板板的测试方法
完整的测试过程按照正交表的设计，包括三个步骤： • （1）不同能量的冲击破坏：分别使用1.5、2.5、3.5J 的
落锤冲击能量对测试样板进行冲击破坏,并使用硫化机在 常温下对选定的样板进行加压处理（3min）； • （2）采用超声-T扫描法测定受损面积并计算其自修复效 率； • （3）采用电子扫描显微镜对破坏面进行扫描分析。