[發(fā)明專利]一種磁致發(fā)熱自修復(fù)熱塑型納米復(fù)合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510609524.5
• 申請日: 2015-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN105218999B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何金良;胡軍;楊洋;高雷;張帥
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L33/12
• 分類號(hào): C08L33/12;C08L23/06;C08L23/12;C08K9/04;C08K9/06;C08K3/22
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11201
• 代理人: 李志東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種磁致自修復(fù)熱塑型納米復(fù)合材料，更具體地，涉及一種具有自修復(fù)功能的熱塑性聚合物制品以及使該熱塑性聚合物制品自修復(fù)的方法。

背景技術(shù)

工程材料因長期耐受負(fù)荷作用和復(fù)雜工況下的外界侵?jǐn)_，易造成疲勞老化和意外損傷。而絕大部分材料的老化以及損傷過程大多以局部缺陷的出現(xiàn)為起點(diǎn)，并以缺陷區(qū)域?yàn)楸∪觞c(diǎn)迅速發(fā)展為嚴(yán)重的老化損傷。因此，減少和抑制工程材料的內(nèi)部缺陷，修復(fù)材料的微缺陷區(qū)域，成為提高材料抗侵?jǐn)_性能和使用壽命的重要手段。

因此，具有自修復(fù)功能的材料引起了技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。在多種自修復(fù)材料之中，大部分材料是基于聚合物的復(fù)合材料。

然而，目前的聚合物自修復(fù)材料的結(jié)構(gòu)以及修復(fù)后的材料性能仍有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

本發(fā)明是基于發(fā)明人的下列發(fā)現(xiàn)而完成的：

近年來，基于聚合物的具有自修復(fù)功能的復(fù)合材料難以適應(yīng)各領(lǐng)域工程對材料壽命、耐久度、抗侵?jǐn)_等性質(zhì)以及能力的要求，因此無法實(shí)現(xiàn)大范圍的推廣應(yīng)用。發(fā)明人經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)，這是由于上述聚合物多數(shù)是由帶有可逆化學(xué)鍵的高分子材料為基礎(chǔ)形成的。例如，利用氫鍵，可逆共價(jià)鍵(如Diels-Alder反應(yīng))，離子鍵，配位鍵等作用，實(shí)現(xiàn)在遭受嚴(yán)重的機(jī)械損傷后迅速愈合并恢復(fù)力學(xué)性能。然而這種具有快速恢復(fù)能力的可逆化學(xué)鍵聚合物體系，與傳統(tǒng)的聚合物材料相比，其材料本身的化學(xué)、力學(xué)等性能均不能夠達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求，因此限制了利用上述自修復(fù)聚合物材料的應(yīng)用。

有鑒于此，在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種具有自修復(fù)功能的熱塑性聚合物制品。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該聚合物制品包括：本體，所述本體由熱塑性聚合物形成；以及γ-Fe₂O₃納米顆粒，所述γ-Fe₂O₃納米顆粒分散在所述本體中。由此，γ-Fe₂O₃納米顆粒在存在磁場的條件下，能夠由于磁致生熱效應(yīng)，對納米顆粒周圍的本體進(jìn)行加熱，使本體的溫度被加熱至其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，同時(shí)納米顆粒由于熵致擴(kuò)散效應(yīng)，能夠向本體中的缺陷區(qū)域聚集，由此，缺陷處的本體由于聚集了較多的納米顆粒，在磁場的作用下，缺陷處的本體的溫度高于本體中完好區(qū)域的溫度。當(dāng)缺陷處的本體溫度上升到本體軟化溫度以上時(shí)，缺陷附近本體的高分子局部鏈段的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)能夠使缺陷處的高分子鏈擴(kuò)散或者流動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)缺陷處的自修復(fù)。由此，通過γ-Fe₂O₃納米顆粒誘導(dǎo)熱塑性聚合物本體完成自修復(fù)功能，并由熱塑性聚合物本體為該聚合物制品提供較為優(yōu)良的化學(xué)、力學(xué)性能，進(jìn)而可以改進(jìn)具有自修復(fù)功能的聚合物制品的性能，從而提高該聚合物制品的使用效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述熱塑性聚合物包括選自下列的至少一種：聚乙烯、聚丙烯以及聚甲基丙烯酸甲酯。由此，可以通過上述聚合物材料為該聚合物制品提供性能穩(wěn)定、適于實(shí)際應(yīng)用要求的本體材料，進(jìn)而可以改進(jìn)具有自修復(fù)功能的聚合物制品的性能，從而提高該聚合物制品的使用效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述γ-Fe₂O₃納米顆粒粒徑小于30nm，優(yōu)選地，所述γ-Fe₂O₃納米顆粒粒徑為20nm，并且，所述γ-Fe₂O₃納米顆粒在所述本體中的含量不高于5質(zhì)量％。由此，可以避免γ-Fe₂O₃納米顆粒在聚合物本體中團(tuán)聚而影響聚合物制品的性能，進(jìn)而提高該聚合物制品的使用效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述γ-Fe₂O₃納米顆粒是通過熔融共混分散在所述本體中的，其中，所述γ-Fe₂O₃納米顆粒表面具有修飾層，所述修飾層是由能夠與所述熱塑性聚合物混融的聚合物形成的。由此，可以提高納米顆粒在聚合物本體中的分散程度，進(jìn)而提高該聚合物制品的使用效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述本體是由聚甲基丙烯酸甲酯形成的，所述修飾層是由聚乙二醇形成的。由此，可以使納米顆粒在聚甲基丙烯酸甲酯形成的本體中更好地分散，進(jìn)而提高該聚合物制品的使用效果。