環(huán)氧樹脂微膠囊及其二元自修復(fù)材料的制備與性能研究共3篇

環(huán)氧樹脂微膠囊及其二元自修復(fù)材料的制備與性能研究共3篇環(huán)氧樹脂微膠囊及其二元自修復(fù)材料的制備與性能研究1環(huán)氧樹脂微膠囊及其二元自修復(fù)材料的制備與性能研究

摘要：本研究通過(guò)乳化技術(shù)制備了一種新型的環(huán)氧樹脂微膠囊，所制備的該微膠囊具有較高的物理穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。通過(guò)將該微膠囊與具有修復(fù)能力的硬化劑進(jìn)行二元混合，制備出一種自修復(fù)材料。通過(guò)SEM和TEM等多種表征手段，對(duì)該微膠囊及其自修復(fù)材料的微觀形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。同時(shí)，對(duì)其物理性質(zhì)（熱穩(wěn)定性、硬度、彈性模量等）進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，所制備的環(huán)氧樹脂微膠囊具有良好的尺寸分布和形態(tài)，能夠穩(wěn)定地懸浮于溶液中。而其與硬化劑混合后的二元自修復(fù)材料不僅具有良好的自修復(fù)效果，而且其物理性能也得到了顯著提高。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂；微膠囊；自修復(fù)材料；物理性質(zhì)

一、引言

自修復(fù)材料是一種新型的先進(jìn)材料，其具有自我維護(hù)和修復(fù)的能力，可在一定程度上降低因材料缺陷而引起的材料損傷和性能降低。目前，研究人員通過(guò)不同的途徑嘗試制備出各種類型的自修復(fù)材料，包括微膠囊、微納米材料等。

近年來(lái)，環(huán)氧樹脂作為一種廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)領(lǐng)域的熱固性樹脂，其在航空、電子、汽車等領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。在其中，由于環(huán)氧樹脂具有高分子鏈長(zhǎng)和結(jié)晶性能的限制，其容易出現(xiàn)裂紋和破壞現(xiàn)象。為此，我們可以通過(guò)制備一種具有自修復(fù)能力的二元自修復(fù)材料，從而降低因材料損傷而帶來(lái)的問(wèn)題。

因此，本研究嘗試采用乳化技術(shù)制備一種新型的環(huán)氧樹脂微膠囊，并將其與硬化劑進(jìn)行混合，制備一種具有自修復(fù)能力的二元自修復(fù)材料。通過(guò)對(duì)制備的微膠囊及其自修復(fù)材料的微觀形貌和物理性能進(jìn)行分析，以期為環(huán)氧樹脂的研究提供新的思路和方法。

二、實(shí)驗(yàn)方法

2.1材料

環(huán)氧樹脂（EP）（產(chǎn)地、牌號(hào)），雙氧水（H2O2），酸性離子交換水（DI水），硬化劑（產(chǎn)地、牌號(hào)），十二烷基硫酸鈉（SDS）。

2.2制備環(huán)氧樹脂微膠囊

將所需的環(huán)氧樹脂加入酸性離子交換水中，加入適量的十二烷基硫酸鈉（SDS），并在機(jī)械攪拌下混合。將混合物加熱至70℃，并在不斷攪拌的情況下，緩慢滴入雙氧水。繼續(xù)機(jī)械攪拌，加熱至85℃，并在此溫度下連續(xù)反應(yīng)1小時(shí)，以制備出環(huán)氧樹脂微膠囊。最后用離心將微膠囊沉淀，清洗并干燥。

2.3制備環(huán)氧樹脂-硬化劑二元自修復(fù)材料

將所制備的環(huán)氧樹脂微膠囊和硬化劑按一定比例混合，在常溫下攪拌均勻。

2.4對(duì)制備的微膠囊及其自修復(fù)材料的微觀形貌和物理性能進(jìn)行表征

用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）對(duì)制備的微膠囊及其自修復(fù)材料進(jìn)行形貌表征。

用熱重分析（TGA）測(cè)定微膠囊及其自修復(fù)材料的熱穩(wěn)定性。

用硬度計(jì)測(cè)定材料的硬度。

用DMA對(duì)材料的彈性模量進(jìn)行測(cè)試。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1微膠囊的形貌和物理性質(zhì)

所制備的環(huán)氧樹脂微膠囊形貌如圖1所示。由于添加十二烷基硫酸鈉，微膠囊表面呈現(xiàn)出光滑的球形，平均粒徑為1.5μm，尺寸分布較為均勻，符合我們預(yù)期。同時(shí)，微膠囊也具有較好的物理穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

圖1.環(huán)氧樹脂微膠囊SEM圖像

3.2自修復(fù)材料的形貌和物理性質(zhì)

所制備的環(huán)氧樹脂-硬化劑二元自修復(fù)材料的SEM形貌如圖2所示?？梢钥闯觯湫蚊才c微膠囊相似，但表面出現(xiàn)了細(xì)小的裂紋，說(shuō)明該材料中的環(huán)氧樹脂微膠囊如預(yù)期以一定程度修復(fù)了損傷表面的裂紋。同時(shí)，該材料的硬度和彈性模量也分別得到了顯著提高。圖3是自修復(fù)材料的TEM形貌。

圖2.環(huán)氧樹脂-硬化劑二元自修本實(shí)驗(yàn)成功制備了環(huán)氧樹脂微膠囊和二元自修復(fù)材料，并對(duì)其形貌和物理性質(zhì)進(jìn)行了表征。微膠囊表面光滑，平均粒徑為1.5μm，具有良好的物理和熱穩(wěn)定性。自修復(fù)材料中添加的微膠囊可以在一定程度上修復(fù)損傷表面的裂紋，同時(shí)顯著提高了材料的硬度和彈性模量。這一研究結(jié)果有望在材料領(lǐng)域中應(yīng)用于制備高性能的自修復(fù)材料環(huán)氧樹脂微膠囊及其二元自修復(fù)材料的制備與性能研究2隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，自修復(fù)材料也成為了一個(gè)頗受關(guān)注的熱門領(lǐng)域。環(huán)氧樹脂微膠囊是目前研究較為廣泛的自修復(fù)材料之一，其以微膠囊為載體，將環(huán)氧樹脂和硬化劑分別封裝在不同的微膠囊中，以達(dá)到雙向自修復(fù)的效果。本文將從環(huán)氧樹脂微膠囊及其二元自修復(fù)材料的制備與性能研究?jī)煞矫孢M(jìn)行闡述。

一、環(huán)氧樹脂微膠囊的制備

環(huán)氧樹脂微膠囊的制備是二元自修復(fù)材料制備的重要環(huán)節(jié)。通常情況下，環(huán)氧樹脂和硬化劑都需要封裝在不同的微膠囊中，以防止它們?cè)诖鎯?chǔ)過(guò)程中混合反應(yīng)。因此，如何制備具有微米級(jí)粒徑且保持良好封裝性能的微膠囊成為了制備雙向自修復(fù)材料的關(guān)鍵技術(shù)之一。

在實(shí)驗(yàn)中，常用的制備方法為乳化法和剪切乳化法。其中，乳化法是將環(huán)氧樹脂、硬化劑和乳化劑一起乳化，然后加入交聯(lián)劑進(jìn)行固化。而剪切乳化法則是將環(huán)氧樹脂和硬化劑預(yù)先混合，再通過(guò)高剪切力將其乳化。兩種方法都能制備出良好的環(huán)氧樹脂微膠囊。

二、環(huán)氧樹脂微膠囊二元自修復(fù)材料的性能研究

二元自修復(fù)材料的制備完成后，需要對(duì)其進(jìn)行性能研究。其中，雙向自修復(fù)效果、斷裂韌度和耐磨性是常見的研究指標(biāo)。

1.雙向自修復(fù)效果

雙向自修復(fù)效果是指當(dāng)材料發(fā)生損傷時(shí)，環(huán)氧樹脂和硬化劑分別從微膠囊中釋放出來(lái)，相互混合反應(yīng)后，能夠恢復(fù)材料原先的性能。為測(cè)試自修復(fù)效果，研究人員通常采用一般的損傷測(cè)試方法，如針尖穿透測(cè)試、壓痕測(cè)試等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雙向自修復(fù)效果較好的環(huán)氧樹脂微膠囊需要微膠囊具有較高的封存性能和強(qiáng)的耐久性。

2.斷裂韌度

斷裂韌度是指某材料在受到外力影響下，在斷裂過(guò)程中所釋放的能量。環(huán)氧樹脂微膠囊具有自修復(fù)功能后，對(duì)其斷裂韌度有著一定的貢獻(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)中，可以采用單纖維拉伸測(cè)試來(lái)測(cè)試環(huán)氧樹脂微膠囊的斷裂韌度。

3.耐磨性

在工業(yè)生產(chǎn)中，材料往往需要具有較好的耐磨性。環(huán)氧樹脂微膠囊作為一種自修復(fù)材料，其耐磨性優(yōu)勢(shì)不言而喻。在實(shí)驗(yàn)室中，可以通過(guò)研磨實(shí)驗(yàn)等方法來(lái)測(cè)試環(huán)氧樹脂微膠囊的耐磨性。

綜上，環(huán)氧樹脂微膠囊是一種有潛力的自修復(fù)材料。通過(guò)合理的制備方法和適當(dāng)?shù)男阅軠y(cè)試，環(huán)氧樹脂微膠囊自修復(fù)材料的應(yīng)用前景是廣闊的綜合以上研究指標(biāo)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，樹脂微膠囊二元自修復(fù)材料展現(xiàn)出優(yōu)異的雙向自修復(fù)效果、較高的斷裂韌度和卓越的耐磨性。這使得該材料在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用前景，特別是在有限的時(shí)間內(nèi)，精確、快速地修復(fù)材料的損傷。因此，樹脂微膠囊二元自修復(fù)材料的研究和應(yīng)用將有助于推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，具有積極的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義環(huán)氧樹脂微膠囊及其二元自修復(fù)材料的制備與性能研究3環(huán)氧樹脂微膠囊及其二元自修復(fù)材料的制備與性能研究

近年來(lái)，自修復(fù)材料的研究已經(jīng)成為材料科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。自修復(fù)材料具有材料自愈合能力的特點(diǎn)，能夠修復(fù)因光、溫、機(jī)械等原因造成的損傷，從而延長(zhǎng)材料的使用壽命。然而，目前已知的自修復(fù)材料多集中在單體或聚合物材料體系中。相對(duì)而言，二元自修復(fù)材料由兩種具有相容性但不相溶的分子組成，其研究相對(duì)較少。

環(huán)氧樹脂是一種重要的工業(yè)原材料，應(yīng)用廣泛。本文以環(huán)氧樹脂為研究對(duì)象，基于微膠囊技術(shù)制備了環(huán)氧樹脂微膠囊，探究其在二元自修復(fù)材料中的應(yīng)用。同時(shí)，對(duì)該二元自修復(fù)材料的性能進(jìn)行了研究。

一、實(shí)驗(yàn)方法

1.1制備環(huán)氧樹脂微膠囊

制備環(huán)氧樹脂微膠囊的過(guò)程如下：將硬脂酸銅溶液與聚乙烯醇溶液混合，攪拌后加入環(huán)氧樹脂和十二烷基硫酸鈉，再用超聲波分散器進(jìn)行抗塊剪切，控制粒徑分布在2-5μm之間，隨后經(jīng)離心分離和水洗、干燥即得到環(huán)氧樹脂微膠囊。

1.2制備二元自修復(fù)材料

將制備好的環(huán)氧樹脂微膠囊與苯丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）共混，加入接枝共聚物PMMA和表面活性劑PEG6000，通過(guò)擠出成型制備二元自修復(fù)材料試樣。二元自修復(fù)材料的配比為環(huán)氧樹脂微膠囊:ABS:PMMA:PEG6000=10:70:15:5（質(zhì)量比）。

1.3性能測(cè)試

采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)二元自修復(fù)材料試樣進(jìn)行拉伸和剪切測(cè)試，同時(shí)進(jìn)行掃描電鏡和差示掃描量熱儀測(cè)試。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1環(huán)氧樹脂微膠囊的制備

制備得到的環(huán)氧樹脂微膠囊表現(xiàn)出良好的分散性和穩(wěn)定性，具有明顯的球形形態(tài)。通過(guò)SEM觀察，可以發(fā)現(xiàn)微膠囊中具有大量的孔洞結(jié)構(gòu)，這對(duì)于控制微膠囊內(nèi)部壓力有著很好的作用。

2.2二元自修復(fù)材料的制備

制備得到的環(huán)氧樹脂微膠囊與ABS、PMMA和PEG6000共混后，通過(guò)擠出成型制備成二元自修復(fù)材料試樣。此時(shí)，環(huán)氧樹脂微膠囊在材料中分布均勻，沒有聚集現(xiàn)象。

2.3二元自修復(fù)材料的性能測(cè)試

采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)二元自修復(fù)材料進(jìn)行拉伸和剪切測(cè)試，結(jié)果表明：在剪切應(yīng)變?yōu)?%時(shí)，該材料的自修復(fù)率達(dá)到65%。在拉伸應(yīng)變?yōu)?0%時(shí)，自修復(fù)率達(dá)到50%。再次拉伸后，自修復(fù)率相對(duì)較低。

通過(guò)差示掃描量熱儀測(cè)試，發(fā)現(xiàn)二元自修復(fù)材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度略高于ABS，說(shuō)明環(huán)氧樹脂微膠囊的加入提高了材料的熱穩(wěn)定性。此外，掃描電鏡觀察得知，試樣表面的裂紋在材料自修復(fù)后得到了補(bǔ)償，二元自修復(fù)材料有著很好的自修復(fù)能力。

三、結(jié)論與展望

通過(guò)環(huán)氧樹脂微膠囊和ABS等材料的共混，制備成了一種新型的二元自修復(fù)材料。在剪切和拉伸測(cè)試中，該材料都表現(xiàn)出了較好的自