一种弹性体复合材料及其制备方法和自修复方法技术

技术编号:20037305 阅读:33 留言:0更新日期:2019-01-09 01:16
本发明专利技术提供了一种弹性体复合材料及其制备方法和自修复方法,所述弹性体复合材料包括无机纳米填料、离子网络和硅网络,所述无机纳米填料负载在所述离子网络和硅网络形成的互穿交联网络上;其中,所述离子网络由3‑氨丙基甲基‑二甲基(硅氧烷与聚硅氧烷)与羧基封端的聚二甲基硅氧烷反应形成,所述硅网络由羟基封端的聚二甲基硅氧烷固化得到。本发明专利技术提供弹性体复合材料在一定条件的热处理下可以自修复,对于受到机械损伤后的修复效率可达73‑96%,对于受到电压击穿后的修复效率可达58‑75%。

An Elastomer Composite Material and Its Preparation Method and Self-repairing Method

The invention provides an elastomer composite material and a preparation method and a self-repairing method thereof. The elastomer composite material comprises an inorganic nano-filler, an ion network and a silicon network, and the inorganic nano-filler is loaded on an interpenetrating cross-linking network formed by the ion network and a silicon network, wherein the ion network consists of 3 aminopropyl methyl dimethyl (siloxane and polysiloxane). The silicon network is formed by reacting with carboxyl terminated polydimethylsiloxane, which is cured by hydroxyl terminated polydimethylsiloxane. The elastomer composite material provided by the invention can be self-repaired under certain heat treatment conditions. The repairing efficiency of the elastomer composite material after mechanical damage can reach 73 96% and that of the elastomer composite material after voltage breakdown can reach 58 75%.

【技术实现步骤摘要】
一种弹性体复合材料及其制备方法和自修复方法
本专利技术属于复合材料
,涉及一种弹性体复合材料及其制备方法和自修复方法。
技术介绍
弹性体因其具有优异的拉伸性能,高能量密度和快速的应激反应能力而被称为“人工肌肉”。众所周知,人体的皮肤和肌肉有个最大的特点就是在受损伤后可以自我修复,达到自我愈合。然而现阶段,大部分的弹性体都十分的脆弱,在受到外力或者高电压后都会损伤,轻者会使材料的性能下降,严重的会直接损坏产品,造成资源的浪费。所以设计出机械性能高,并且可以自修复的弹性体就显得尤为重要。自修复概念最早是在20世纪80年代中期由美国军方提出,自修复的目的是使高分子材料在其内部裂纹形成初期具有阻止裂纹继续扩展的能力,以防止材料破坏,拓展材料的使用范围和延长使用寿命。早期的自修复研究集中于以环氧树脂和环氧乙烯基树脂等为基体的复合材料。近年来,自修复材料的研究方向由复合材料延伸到弹性体,复合材料作为一种刚性或脆性材料,通常是受到外界冲击作用瞬间出现微裂纹,而且裂纹增长速度较快,扩展程度较大,破坏所需时间较短;与复合材料内部裂纹形成和材料破坏模式有所不同,弹性体通常是在交变应力作用下导致材料的疲劳裂纹,弹性体内部微裂纹增长和合并速度较慢,弹性体失效所需时间较长,采用自修复技术对复合材料或弹性体进行内部微裂纹修复都是行之有效的方法。CN105504502A公开了一种可自修复挤出级聚丙烯复合材料及其制备方法,其按质量百分比计,由聚丙烯43-96.8%、弹性体2-20%、滑石粉0-30%,含氟聚合物组合物1-5%、抗氧剂0.1-2%,在其中包括的含氟聚合物组合物在挤出成型过程中,倾向于迁移至制品表面,一方面防止产品表面划伤,另一方面由于应力划痕而产生的微观表面位移变形可以得到快速修复。近年来,科研工作者对自修复介电弹性体材料的关注热情居高不下,不仅仅是因为它的应用范围十分广泛,包括军设备、电子产品、汽车、飞机、建筑材料等领域,其中在智能手机和电脑屏幕上面的应用最受关注,同时,它也避免了资源和资金的浪费,这对于目前我国资源短缺的现状和走可持续发展道路的政策具有非常重要的意义。CN105440692A公开了一种微胶囊型自修复聚硅氧烷弹性体及其制备方法,以质量百分比计,各原料组成为α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷45-68%,补强剂4.5-27%,硅烷化合物4.5-21%,有机锡催化剂1.4-7%,微胶囊6-27%,其中,微胶囊以聚甲基丙烯酸甲酯为壁材,以α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和硅烷化合物的混合物为芯材,通过以微胶囊型实现自修复功能,得到的材料力学性能较差、制备方法较繁琐,修复效率略低,且修复次数有限,当愈合剂耗尽,材料就无法发生自修复过程。CN107903636A公开了一种基于PDMS的无需外界刺激可快速自修复弹性薄膜及其制备方法,其中弹性薄膜包括1-5重量份羟基或氨基封端的聚二甲基硅氧烷、4-5重量份含羧基或酯基的丙烯酸聚合物、1-2重量份含羟基或氨基的聚合物,自修复弹性薄膜为基于氢键的高分子材料,能够在室温条件下修复损坏处,但是薄膜的力学性能较差,并不能满足应用要求。目前需要开发一种自修复弹性体复合材料,既可以提高弹性体的机械性能等又可以具有一定的自修复能力,且修复前后材料的性能相差不大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种弹性体复合材料及其制备方法和自修复方法。为达此目的,本专利技术采用以下技术方案:第一方面,本专利技术提供了一种弹性体复合材料,所述弹性体复合材料包括无机纳米填料、离子网络和硅网络,所述离子网络和硅网络形成互穿交联网络,所述无机纳米填料负载在所述互穿交联网络上;其中,所述离子网络由3-氨丙基甲基-二甲基(硅氧烷与聚硅氧烷)与羧基封端的聚二甲基硅氧烷反应形成,所述硅网络由羟基封端的聚二甲基硅氧烷固化得到。在本专利技术中,氨基与羧基的反应如下:-COOH+-NH2→COO-NH3+氨基与羧基相互作用得到的离子键在受到电压击穿或机械破坏后会断裂,给予适当的热处理,可以重新生成,从而使弹性体复合材料达到自我修复的目的;同时无机纳米填料的加入可以增强弹性体复合材料的机械性能。在本专利技术中,所述弹性体复合材料按重量份数包括如下组分:硅网络70-100重量份;离子网络5-40重量份;无机纳米填料5-30重量份。无机纳米填料的添加量应尽量控制在5-30重量份内,若小于5重量份,则加入量过少,对弹性体复合材料的机械性能提升较小;若添加量过大,则可能会因为无机纳米填料容易团聚而影响材料的机械性能。在本专利技术中,所述硅网络的重量份数为70-100重量份,例如75重量份、80重量份、85重量份、90重量份、95重量份等。在本专利技术中,所述离子网络的重量份数为5-40重量份,例如10重量份、15重量份、20重量份、25重量份、30重量份、35重量份等。在本专利技术中,所述无机纳米填料的重量份数为5-30重量份,例如10重量份、15重量份、20重量份、25重量份等。在本专利技术中,所述硅网络和离子网络的重量比为(2-9):1,例如3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1等,优选(4-6):1。在本专利技术中,硅网络和离子网络的重量比在(2-9):1范围内时,本专利技术提供的弹性体复合材料具有较好的自修复能力,修复率较高,可达83-96%;当硅网络和离子网络的重量比为(4-6):1时,修复率更高,可达94-96%,修复前后材料的性能变化较小;而当硅网络和离子网络的质量比不在本专利技术提供的范围内时,若离子网络添加量过少,则修复率较低,而若离子网络添加量过多,会导致弹性体完全固化成型比较困难,最后得到的弹性体材料可能会为极易黏稠的液体形态。优选地,所述3-氨丙基甲基-二甲基(硅氧烷与聚硅氧烷)的数均分子量为4000-5000,例如4200、4400、4600、4800等。优选地,所述羧基封端的聚二甲基硅氧烷的数均分子量为1000-1500,例如1100、1200、1300、1400等。优选地,所述羟基封端的聚二甲基硅氧烷的数均分子量为50000-70000,例如55000、60000、65000等。优选地,所述无机纳米填料的尺寸为10-100nm,例如20nm、30nm、50nm、70nm、90nm等。优选地,所述无机纳米填料包括具有钙钛矿结构的陶瓷颗粒、半导体颗粒、碳纳米材料、银纳米颗粒和氮化硼纳米片中的任意一种或至少两种的组合。优选地,所述具有钙钛矿结构的陶瓷颗粒为钛酸钡、Pb(Zr1-xTix)O3、Pb(Mg1/3Nb2/3)TiO3-PbTiO3、Pb(Zn1/3Nb2/3)TiO3-PbTiO3、CaCu3Ti4O12、PbZrO3和(BaySr1-y)TiO3中的任意一种或至少两种的组合,其中,0<x<1,0<y<1。优选地,所述钛酸钡为表面携带乙烯基的钛酸钡。表面携带可以是表面接枝、表面包覆、表面吸附等任何使钛酸钡带有乙烯基基团的形式,优选表面接枝。优选地,所述半导体颗粒为ZnO、ZnS、MgO、SiC、ZrO2、Al2O3和TiO2中的任意一种或至少两种的组合。优选地,所述碳纳米材料为碳纳米管、氧化石墨烯和碳纳米石墨微片中的任意一种或至少两种的组合。优选地,所述碳纳米材料的粒本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种弹性体复合材料,其特征在于,所述弹性体复合材料包括无机纳米填料、离子网络和硅网络,所述离子网络和硅网络形成互穿交联网络,所述无机纳米填料负载在所述互穿交联网络上;其中,所述离子网络由3‑氨丙基甲基‑二甲基(硅氧烷与聚硅氧烷)与羧基封端的聚二甲基硅氧烷反应形成,所述硅网络由羟基封端的聚二甲基硅氧烷固化得到。

【技术特征摘要】
1.一种弹性体复合材料,其特征在于,所述弹性体复合材料包括无机纳米填料、离子网络和硅网络,所述离子网络和硅网络形成互穿交联网络,所述无机纳米填料负载在所述互穿交联网络上;其中,所述离子网络由3-氨丙基甲基-二甲基(硅氧烷与聚硅氧烷)与羧基封端的聚二甲基硅氧烷反应形成,所述硅网络由羟基封端的聚二甲基硅氧烷固化得到。2.根据权利要求1所述的弹性体复合材料,其特征在于,所述弹性体复合材料按重量份数包括如下组分:硅网络70-100重量份;离子网络5-40重量份;无机纳米填料5-30重量份。3.根据权利要求1或2所述的弹性体复合材料,其特征在于,所述硅网络和离子网络的重量比为(2-9):1,优选(4-6):1。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的弹性体复合材料,其特征在于,所述3-氨丙基甲基-二甲基(硅氧烷与聚硅氧烷)的数均分子量为4000-5000;优选地,所述羧基封端的聚二甲基硅氧烷的数均分子量为1000-1500;优选地,所述羟基封端的聚二甲基硅氧烷的数均分子量为50000-70000。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的弹性体复合材料,其特征在于,所述无机纳米填料的尺寸为10-100nm;优选地,所述无机纳米填料包括具有钙钛矿结构的陶瓷颗粒、半导体颗粒、碳纳米材料、银纳米颗粒和氮化硼纳米片中的任意一种或至少两种的组合;优选地,所述具有钙钛矿结构的陶瓷颗粒为钛酸钡、Pb(Zr1-xTix)O3、Pb(Mg1/3Nb2/3)TiO3-PbTiO3、Pb(Zn1/3Nb2/3)TiO3-PbTiO3、CaCu3Ti4O12、PbZrO3和(BaySr1-y)TiO3中的任意一种或至少两种的组合,其中,0<x<1,0<y<1;优选地,所述钛酸钡为表面携带乙烯基的钛酸钡;优选地,所述半导体颗粒为ZnO、ZnS、MgO、SiC、ZrO2、Al2O3和TiO2中的任意一种或至少两种的组合;优选地,所述碳纳米材料为碳纳米管、氧化石墨烯和碳纳米石墨微片中的任意一种或至少两种的组合;优选地,所述碳纳米材料的粒径为0.5-10μm;优选地,所述碳纳米管为表面羟基化的碳纳米管;优选地,所述氧化石墨烯为表面携带乙烯基的氧化石墨烯;优选地,所述氮化硼纳米片由六方氮化硼超声剥离制备;优选地,所述氮化硼纳米片为表面氨基化的氮化硼纳米片;优选地,所述氮化硼纳米片的制备方法为:将六方氮化硼分散在溶剂中,得到六方氮化硼分散液,然后超声、离心、烘干得到所述氮化硼纳米片;优选...

【专利技术属性】
技术研发人员:于淑会黄经宇罗遂斌李鸿韬孙蓉
申请(专利权)人:中国科学院深圳先进技术研究院
类型:发明
国别省市:广东,44

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1