[发明专利]一种微血管自修复涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种微血管自修复涂层的制备方法，该方法所制备的涂层由底层涂层和面层涂层构成，在底层涂层中构建微血管网络并注入修复剂，在面层涂料中加入固化剂。面层涂料受损时，修复剂通过微血管网络在受损位置溢出，与面层涂料中的固化剂反应后愈合损伤。本发明所构建的微血管网络系统由“主动脉”和“毛细血管”构成，“主动脉”直径大、修复剂储量大、植入深，不易受损；而“毛细血管”直径小、排布相对密集、植入浅，易于与面层涂料同步受损；保障了涂层具有较高的修复效率，且能够实现同一位置的多次修复。

技术领域

本发明属于自修复聚合物材料领域，具体涉及一种微血管自修复涂层的制备方法。

背景技术

聚合物在环境和载荷的作用下容易老化，在表面和内部产生微裂纹，使材料的使用性能下降、寿命缩短。若能够使聚合物的微裂纹自动修复，使其不至于发展成破坏，势必能够延长其使用寿命，提高使用安全可靠性。自修复聚合物材料是在20世纪70年代被提出的，经过40多年的发展，先后出现了多种修复裂纹的方法：(1)利用分子间相互作用进行修复；(2)利用热可逆交联反应进行修复；(3)利用液芯纤维法进行自修复；(4)利用微胶囊法进行仿生自修复。这其中，利用分子间相互作用和热可逆交联反应两种自修复方法需要提供一定的温度等外界修复环境，且很难做到对微裂纹的及时修复；液芯纤维法和微胶囊法则由于修复剂的储量有限且在基体中的分布相对固定，不能实现对基体同一位置的多次修复。

2001年，S.R.White首次制备了DCPD-UF微胶囊，并将其与粉末状的Grubbs催化剂一起加入到EP基体中。当微胶囊被微裂纹破坏时，DCPD释放到裂纹位置，并与催化剂接触，引发开环聚合反应，将裂纹粘合在一起。之后，E.N.Brown、M.W.Keller、B.J.Blaiszik、K.S.Toohey、A.R.Hamilton以及M.Baginska等人在该领域开展了系统性的研究工作，取得了很多有价值的研究成果。而为了实现自修复材料的多次修复，在微胶囊自修复复合材料的基础上，K.S.Toohey等人开展了微血管网络自修复涂层的研究。该仿生涂层-基材的结构为：将内部装满修复剂的三维微血管网络植入基体材料中，实验采用的基体材料厚度为5-7mm，具有一定的韧性，然后在基体材料表面涂覆一层500-800μm厚的含有催化剂的脆性涂层。材料受损时，脆性涂层首先产生裂纹，修复单体通过微血管的运送进入受损面，与涂层中的催化剂反应来修复裂纹。研究表明，对于产生于EP涂层的单一裂纹而言，微胶囊涂层只能修复一次，而微血管系统可以修复多达七次。由此可见，三维微血管网络自修复方法可以对基体材料进行多次修复，具有其它方法不具备的优势。

K.S.Toohey等人报道的三维微血管网络，是采用3D打印技术，以石蜡为材料完成微血管的制备后，再将微血管植入基体材料中，然后加热清除石蜡后形成三维网络结构。但在实际应用中，通过3D打印完成的石蜡三维微血管成本较高、移植也比较困难，且液体石蜡也不很难清除干净，不利于微血管自修复涂层的推广应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种微血管自修复涂层的制备方法。该微血管自修复涂层能够实现对涂层材料同一位置的多次修复，将其应用于不便于维护或者维护成本较高的工件表面，可以有效延长工件的使用寿命、降低综合应用成本的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种微血管自修复涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，填料的表面改性：首先称取一定质量的白云母、重质碳酸钙、石英粉和纳米SiO2作为填料，然后分别称取相应填料质量1.5～2％的硅烷偶联剂KH-560，将硅烷偶联剂KH-560用无水乙醇按照质量稀释成5～10％的溶液，在搅拌的条件下均匀喷入相应的填料中，然后在60℃条件下烘干备用；