[发明专利]一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法

说明书

本发明提供了一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法，包括以下步骤：(1)构建具有动态交联网络结构的聚合物体系；该具有动态交联网络结构的聚合物体系应当具备足够快的交换反应速率和足够低的交换反应活化能；(2)将构建的具有动态交联网络结构的聚合物体系制备成用于发泡的成型坯体，采用高压流体对成型坯体进行溶胀渗透并卸压发泡，控制溶胀渗透和发泡温度高于所述具有动态交联网络结构的聚合物体系的拓扑网络凝结温度，所得聚合物发泡材料即具备自愈合能力。本发明为解决现有聚合物发泡材料自愈合困难的问题提供了可行的解决方案。

技术领域

本发明属于功能复合材料技术领域，涉及一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法。

背景技术

发泡是实现聚合物材料轻量化的有效手段，而且能赋予聚合物保温隔热、吸音降噪等性能，可以拓宽聚合物的应用范围。聚合物发泡材料常用于大型制件，例如风电叶片等，在服役过程中不可避免地会受到损伤，若能赋予聚合物发泡材料自愈合能力，在聚合物发泡材料受到损伤之后提供条件使其自愈合，则有助于延长其服役寿命，提高经济效益，促进节能环保。

近年来，科学家提出了一类新的高分子材料——类玻璃聚合物(vitrimer)。vitrimer由于具备独特的动态共价键而同时具有热塑性树脂的再加工性能及热固性树脂的尺寸稳定性和力学性能。在拓扑网络凝结温度以下，vitrimer由化学交联形成的三维网络拓扑结构与热固性树脂的无异；而拓扑网络凝结温度以上，vitrimer的动态共价键被激活，网络结构间的共价键可进行快速的交换反应而赋予其“类液体”的性质。

虽然vitrimer具备一定的自愈合能力，但是以其为基础制备具有自愈合能力的聚合物发泡材料目前仍然面临着巨大的挑战。一方面，熔体强度是聚合物能否实现发泡的关键指标：熔体强度不足会导致泡孔坍塌合并，进而造成发泡失败；而熔体强度过大则会阻碍泡孔的生长，限制发泡倍率。vitrimer因存在交联网络，熔体强度可能过高而难以发泡，因此，调控vitrimer的熔体强度以适应发泡工艺是极具难度的。另一方面，即使解决了熔体强度的问题而实现发泡，但对于自愈合发泡材料而言，还面临着另一个难以解决的问题——发泡时孔壁取向以及受热后解取向的问题。孔壁在聚合物材料发泡的二维拉伸过程中会形成取向结构，而为了实现自愈合，需要对聚合物发泡材料进行升温，但是在升温过程中，聚合物发泡材料孔壁的取向结构会因受热而解取向，解取向会导致聚合物发泡材料在受热后发生收缩，这会直接导致聚合物发泡材料自愈合失败。因此，聚合物发泡材料要实现自愈合是非常困难的，目前尚没有方法来解决聚合物发泡材料自愈合困难的问题。

发明内容

针对现有技术难以赋予聚合物发泡材料自愈合性能的问题，本发明提供了一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法，以解决聚合物发泡材料自愈合困难的难题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法，包括以下步骤：

(1)构建具有动态交联网络结构的聚合物体系；该具有动态交联网络结构的聚合物体系应当具备足够快的交换反应速率和足够低的交换反应活化能；

(2)将构建的具有动态交联网络结构的聚合物体系制备成用于发泡的成型坯体，采用高压流体对成型坯体进行溶胀渗透并卸压发泡，控制溶胀渗透和发泡温度高于所述具有动态交联网络结构的聚合物体系的拓扑网络凝结温度，所得聚合物发泡材料即具备自愈合能力。

上述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法的技术方案中，当具有动态交联网络结构的聚合物体系的松弛时间不超过10s时，所述具有动态交联网络的聚合物体系的交换反应速率和交换反应活化能即满足步骤(1)的要求。