自修复材料及其制备
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一般所选择的胶液：改性的氰基丙烯酸乙酯胶 粘剂；双组分环氧树脂胶和聚氨酯、丙烯酸酯 等修复剂。
热可逆交联反应法
• 热可逆交联反应法 • 该方法主要是利用有机化学反应中传统的Diels-
Alder(DA)热环加成可逆共聚反应，该可逆交联聚合反应 是指具有双烯体结构的呋喃多聚体和亲双烯体结构的马来 酰亚胺两种物质，在热条件的引发下形成由共价键连接的 聚合物大分子的发生环加成反应。
自我修复又叫材料的智能化，它要求材料具有 一些生物体具有的特殊功能，能够自动的感知 外界环境的刺激并做出相应的反应。 智能材料的智能体现在同时具有感知和激励双 重功能。也就是在无外界作用的情况下，当材 料产生微小的裂纹时，智能仿生自修复材料自 我修复的能力，是模仿生物体的自修复特征得 以实现的。
自修复复合材料
自修复材料分类
• 另一类主要是通过在材料内部分散或复合一些功 能性物质来实现的,这些功能性物质主要是装有化 学物质的纤维或胶囊。在材料中注入某些高分子 聚合物，当物体开裂时，注入的材料会释放出来， 对受损的物体表面进行自动修复。
微胶囊自修复材料的制备
• 微胶囊法修复演示图
微胶囊自修复材料的制备
• 缓慢释放现象的原因主要有： 1、随着时间的增加使微胶囊的壁材发生一些微小 的改变(如变薄或发生变形)； 2、壁膜本身并非均匀连续的高聚物,是存在空洞 的； 3、壁材性质的不同，对囊芯释放的阻力也不同。
纤维法自修复材料的制备
• 液芯纤维法：基本原理是将装有修复剂的空心纤 维嵌入在玻璃微珠填充的环氧树脂基体中，通过 工艺优化制备自修复复合材料。该修复剂可以是 单组分的，也可以是双组份的黏合剂，将修复剂 复合到材料中，一旦材料在使用过程中出现裂纹， 裂纹的扩展将导致液芯纤维破裂，释放出黏合剂 到裂纹处固化使机体愈合，阻止了裂纹的进一步 扩展，进而材料达到了修复的目的。
• 新材料是一个很长的聚合物分子 链，当材料产生微小裂纹时，用 光照射损伤的聚合物，使聚合物 分子链中的小分子产生相应的流 动，材料损伤裂纹处就会被小分 子填料填充。其自修复分根本是 聚合物在紫外线照射下，聚合物 分子的末端将光转化为热量，使 聚合物大分子结构随即拆卸成小 颗粒，小颗粒填充裂纹处，达到 修复的目的。
当损伤使光纤断裂或破损时,光纤中的光将发生 泄漏,这将在损伤处形成一个光点。也就是说, 当结构因受力和温度变化产生变形或裂缝时,就 会引起埋置其中的光纤产生变形,从而导致通过 光纤的光在强度、相位、波长及偏振等方面发 生变化。根据获取光变化的信息,可确定结构的 应力、变形和裂缝,实现结构应力、变形、损伤 和裂缝的自监测和自诊断。
自修复材料分类
• 自修复材料按机理可分为两大类： • 一类主要是通过加热等方式向体系提供能量，使
其发生结晶、在表面形成膜或产生交联等作用实 现修复；
自修复材料分类
• 例如Chen等以呋喃多聚体和马来酰亚胺多聚体进 行Diels-Alder热可逆共聚，形成具有由可逆交联 共价键连接而成的大分子网络，通过DA逆反应实 现热的可逆性。这种材料的优点在于只要施以简 单的热处理而无需额外的催化剂、单体分子或其 他特殊的表面处理就可在要修补的地方形成共价 键、并能多次对裂纹进行修复。
• 自修复的核心是能量补给和物质补给、模仿生物 体损伤愈合的原理，使复合材料对内部或者外部 损伤能够进行自修愈合，从而消除隐患、增强材 料的强度和延长使用寿命。
• 修复过程的物质补给由流体（或流体与固体粉末） 提供，能量补给一般由化学作用完成。
自我修复又叫材料的智能化，它要求材料具有 一些生物体具有的特殊功能，能够自动的感知 外界环境的刺激并做出相应的反应。 智能材料的智能体现在同时具有感知和激励双 重功能。也就是在无外界作用的情况下，当材 料产生微小的裂纹时，智能仿生自修复材料自 我修复的能力，是模仿生物体的自修复特征得 以实现的。
液芯光纤
分别将胶液和固化剂（环氧树脂和固化剂）装入不同 的光纤,然后按比例将数根光纤组成一根,然后将这些 组合后的光纤按图方式构成自诊断,自修复系统。
激光管发出的光通过耦合器进入液芯光纤,光纤 的出射光由光敏管接收,当结构中有损伤发生时, 液芯光纤将断裂或破损,胶液流出,光纤中的光损 耗加大,使输出的光信号发生变化。这样,通过数 据采集处理系统可以显示出损伤的位置、类型及 程度,并且驱动控制电路工作激励相应的形状记 忆合金动作。同时,损伤处的液芯光纤中的胶液 流出,对损伤处进行自修补。
• 微胶囊中的囊芯的释放可分为因瞬间被打破而释 放和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ渐从胶囊中缓慢释放两种情况。
• 瞬间释放： 1、用各种形式的外力如机械压碎、摩擦以及使之 变形等方法使胶囊破裂； 2、在热的作用下使之熔化； 3、用化学方法如酶的攻击，溶剂(包括水)的溶解 或提取的方法等。
微胶囊自修复材料的制备
• 缓慢释放指微胶囊的囊芯克服各种阻力，以一定 的扩散速度自动缓慢向外扩散。
仿生自修复材料及其制备
石美玲
• 一、自修复复合材料
• 二、自修复材料分类
• 三、自修复材料的制备 1、微胶囊方法 2、液芯纤维法 3、热可逆交联反应法
目录
自修复复合材料
自修复复合材料，在无外界作用条件下，材料本 身能对内部缺陷进行自我恢复，是一种在物体受 损时能够进行自我修复的新型材料。材料在使用 过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，并 由此引发宏观裂缝而发生断裂，影响材料正常使 用和缩短使用寿命。
热可逆交联反应法
• 热可逆交联反应法 • 该方法主要是利用有机化学反应中传统的Diels-
Alder(DA)热环加成可逆共聚反应，该可逆交联聚合反应 是指具有双烯体结构的呋喃多聚体和亲双烯体结构的马来 酰亚胺两种物质，在热条件的引发下形成由共价键连接的 聚合物大分子的发生环加成反应。
自我修复又叫材料的智能化，它要求材料具有 一些生物体具有的特殊功能，能够自动的感知 外界环境的刺激并做出相应的反应。 智能材料的智能体现在同时具有感知和激励双 重功能。也就是在无外界作用的情况下，当材 料产生微小的裂纹时，智能仿生自修复材料自 我修复的能力，是模仿生物体的自修复特征得 以实现的。
自修复复合材料
自修复材料分类
• 另一类主要是通过在材料内部分散或复合一些功 能性物质来实现的,这些功能性物质主要是装有化 学物质的纤维或胶囊。在材料中注入某些高分子 聚合物，当物体开裂时，注入的材料会释放出来， 对受损的物体表面进行自动修复。
微胶囊自修复材料的制备
• 微胶囊法修复演示图
微胶囊自修复材料的制备
• 缓慢释放现象的原因主要有： 1、随着时间的增加使微胶囊的壁材发生一些微小 的改变(如变薄或发生变形)； 2、壁膜本身并非均匀连续的高聚物,是存在空洞 的； 3、壁材性质的不同，对囊芯释放的阻力也不同。
纤维法自修复材料的制备
• 液芯纤维法：基本原理是将装有修复剂的空心纤 维嵌入在玻璃微珠填充的环氧树脂基体中，通过 工艺优化制备自修复复合材料。该修复剂可以是 单组分的，也可以是双组份的黏合剂，将修复剂 复合到材料中，一旦材料在使用过程中出现裂纹， 裂纹的扩展将导致液芯纤维破裂，释放出黏合剂 到裂纹处固化使机体愈合，阻止了裂纹的进一步 扩展，进而材料达到了修复的目的。
• 新材料是一个很长的聚合物分子 链，当材料产生微小裂纹时，用 光照射损伤的聚合物，使聚合物 分子链中的小分子产生相应的流 动，材料损伤裂纹处就会被小分 子填料填充。其自修复分根本是 聚合物在紫外线照射下，聚合物 分子的末端将光转化为热量，使 聚合物大分子结构随即拆卸成小 颗粒，小颗粒填充裂纹处，达到 修复的目的。
当损伤使光纤断裂或破损时,光纤中的光将发生 泄漏,这将在损伤处形成一个光点。也就是说, 当结构因受力和温度变化产生变形或裂缝时,就 会引起埋置其中的光纤产生变形,从而导致通过 光纤的光在强度、相位、波长及偏振等方面发 生变化。根据获取光变化的信息,可确定结构的 应力、变形和裂缝,实现结构应力、变形、损伤 和裂缝的自监测和自诊断。
自修复材料分类
• 自修复材料按机理可分为两大类： • 一类主要是通过加热等方式向体系提供能量，使
其发生结晶、在表面形成膜或产生交联等作用实 现修复；
自修复材料分类
• 例如Chen等以呋喃多聚体和马来酰亚胺多聚体进 行Diels-Alder热可逆共聚，形成具有由可逆交联 共价键连接而成的大分子网络，通过DA逆反应实 现热的可逆性。这种材料的优点在于只要施以简 单的热处理而无需额外的催化剂、单体分子或其 他特殊的表面处理就可在要修补的地方形成共价 键、并能多次对裂纹进行修复。
• 自修复的核心是能量补给和物质补给、模仿生物 体损伤愈合的原理，使复合材料对内部或者外部 损伤能够进行自修愈合，从而消除隐患、增强材 料的强度和延长使用寿命。
• 修复过程的物质补给由流体（或流体与固体粉末） 提供，能量补给一般由化学作用完成。
自我修复又叫材料的智能化，它要求材料具有 一些生物体具有的特殊功能，能够自动的感知 外界环境的刺激并做出相应的反应。 智能材料的智能体现在同时具有感知和激励双 重功能。也就是在无外界作用的情况下，当材 料产生微小的裂纹时，智能仿生自修复材料自 我修复的能力，是模仿生物体的自修复特征得 以实现的。
液芯光纤
分别将胶液和固化剂（环氧树脂和固化剂）装入不同 的光纤,然后按比例将数根光纤组成一根,然后将这些 组合后的光纤按图方式构成自诊断,自修复系统。
激光管发出的光通过耦合器进入液芯光纤,光纤 的出射光由光敏管接收,当结构中有损伤发生时, 液芯光纤将断裂或破损,胶液流出,光纤中的光损 耗加大,使输出的光信号发生变化。这样,通过数 据采集处理系统可以显示出损伤的位置、类型及 程度,并且驱动控制电路工作激励相应的形状记 忆合金动作。同时,损伤处的液芯光纤中的胶液 流出,对损伤处进行自修补。
• 微胶囊中的囊芯的释放可分为因瞬间被打破而释 放和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ渐从胶囊中缓慢释放两种情况。
• 瞬间释放： 1、用各种形式的外力如机械压碎、摩擦以及使之 变形等方法使胶囊破裂； 2、在热的作用下使之熔化； 3、用化学方法如酶的攻击，溶剂(包括水)的溶解 或提取的方法等。
微胶囊自修复材料的制备
• 缓慢释放指微胶囊的囊芯克服各种阻力，以一定 的扩散速度自动缓慢向外扩散。
仿生自修复材料及其制备
石美玲
• 一、自修复复合材料
• 二、自修复材料分类
• 三、自修复材料的制备 1、微胶囊方法 2、液芯纤维法 3、热可逆交联反应法
目录
自修复复合材料
自修复复合材料，在无外界作用条件下，材料本 身能对内部缺陷进行自我恢复，是一种在物体受 损时能够进行自我修复的新型材料。材料在使用 过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，并 由此引发宏观裂缝而发生断裂，影响材料正常使 用和缩短使用寿命。