[发明专利]一种高强度室温快速自修复柔性材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种高强度室温快速自修复柔性材料及其制备方法和用途，属于先进功能材料领域。本发明自修复柔性材料是由低聚物多元醇、异氰酸酯、扩链剂和交联剂为原料制备而成。本发明自修复柔性材料兼具超高力学强度与良好的室温自修复性能，同时具备良好的耐热性能和突出的耐烧蚀性能，综合性能优异。本发明自修复柔性材料使用性能稳定、使用范围广、使用寿命长，可应用于各类柔性材料、涂层材料、灌封材料以及粘接剂等体系，尤其是应用于高温环境或具有耐热抗烧蚀要求的外防护涂层及柔性制件材料，具有免维护、高可靠等优势，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于先进功能材料领域，具体涉及一种高强度室温快速自修复柔性材料及其制备方法和用途。

背景技术

自修复材料是一种在物体受损时能够进行自我修复的新型材料，在汽车涂层、可穿戴设备、柔性传感器和航空航天外防护材料有重要的应用前景。自修复的目的是使材料在裂纹形成初期阻止裂纹继续扩展，或在材料破坏后能够自动弥合，恢复材料初始结构和性能，从而提高材料应用可靠性、拓展使用范围和延长使用寿命。目前，自修复材料研究中主要存在两个挑战性的难题：一是力学强度高的材料难以实现自修复，而能够自修复的材料通常力学强度不高；二是目前的自修复材料缺乏各种功能，因而限制了它们在实际使用场景中的应用。其中，室温自修复材料由于具有修复条件的便捷性和温和型，从而在实际应用中，尤其是热防护材料的自维护等方面具有重要价值。

防热材料在航天飞行器中具有不可替代的关键作用，随着航天飞行器飞行速度不断提高，气动热环境越来越恶劣，有效的外防热层可在飞行器面对剧烈的气动加热时为其提供足够的保护，确保飞行安全。然而，防热层仅仅具有防热性能仍然存在无法有效避免风险，其中，防热层的裂纹是航天飞行器飞行安全的重大隐患和致命威胁，因此，保持防热层的结构完整性至关重要。当前，具有柔性结构特征的耐热涂层越来越重要，柔性材料由于其自身长期受到静态或动态拉伸、挤压、剪切、扭转等机械作用，更容易产生微裂纹，裂纹等缺陷的存在是防热结构的重大安全隐患，因此，对柔性防热材料进行改性，使其具有裂纹自动愈合功能，能够在烧蚀前维持材料结构的完整性，从而延长使用寿命和降低维护费用具有非常重要的意义。

目前主流的自修复聚合物基体大多为线型的非交联分子结构，普遍具有力学强度低、耐热性不佳等缺点。但是，交联结构的引入会限制分子链的运动能力，往往会使得自修复效率下降。如专利CN110551269A提供了一种耐热室温快速自修复弹性，其拉伸强度仅为1MPa左右。同时，为了提高烧蚀性能的烧蚀增强填料也会大幅度限制分子链的运动能力，使得复合材料在室温下难以修复或修复后的拉伸强度不高。目前尚未检索到制备兼具高强度和良好室温自修复性能的自修复材料，如何制备兼具高强度和良好室温自修复性能的自修复材料需要进一步研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度室温快速自修复柔性材料及其制备方法和用途。

本发明提供了一种高强度室温快速自修复柔性材料，它是由低聚物多元醇、异氰酸酯、扩链剂和交联剂为原料制备而成；其中，所述低聚物多元醇、异氰酸酯、扩链剂和交联剂的质量比为(1～100)：(1～100)：(0.1～20)：(0.1～20)；所述扩链剂为含有可逆二硫键的脂肪族或芳香族双氨基二硫化物；所述交联剂为含有氢键受体和供体的吡啶或嘧啶环结构的且以氨基或羟基为活性官能团的三官能度化合物。

进一步地，所述低聚物多元醇、异氰酸酯、扩链剂和交联剂的质量比为15：6.99：(0.1～5)：(0.1～5)。

进一步地，所述低聚物多元醇、异氰酸酯、扩链剂和交联剂的质量比为15：6.99：(0.9～3)：(0.3～1)；

优选地，所述低聚物多元醇、异氰酸酯、扩链剂和交联剂的质量比为15：6.99：(0.9～2)：(0.6～1)。

进一步地，所述低聚物多元醇、异氰酸酯、扩链剂和交联剂的质量比为15：6.99：0.93：0.945。