一种具有自修复功能的PC/TPU合金材料及其制备方法和应用技术

本申请涉及自修复材料技术领域，具体公开了一种具有自我修复功能的PC/TPU合金材料及其制备方法和应用。本申请提供的具有自我修复功能的PC/TPU合金材料，在聚醚型TPU基体中建立三维微脉管网络，微脉管被填充上修复剂DCPD或环氧树脂，当受到损伤时，修复剂会释放并流动到裂缝处，经过交联固化以修复损伤，并且可多次重复修复，满足材料的耐磨、耐刮擦自修复要求。另外，本申请的制备方法操作简单，要求低，经过本申请方法制备得到的PC/TPU合金材料，具有良好的机械性能和尺寸稳定性，可广泛应用于汽车、家电、重工业领域。重工业领域。

【技术实现步骤摘要】
一种具有自修复功能的PC/TPU合金材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及复合材料的自我修复领域，更具体地说，涉及一种具有自修复功能的PC/TPU合金材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]自修复材料是一种可以在一定外界刺激的作用下修复其机械损伤并恢复其原有功能的新型智能材料。根据材料基质中是否有添加的修复剂参与自修复过程，自修复材料可以分成两类，一类是外援型自修复材料主要是依靠载体包覆修复剂，当损伤发生时，修复剂填充到损伤部位并通过化学反应来进行快速修复。这方面的载体主要包括微胶囊和微脉管等。另一类则是本征型自修复材料，即利用自身动态可逆的化学结构，包括可逆共价键和非共价键作用力，来实现在外界刺激(温度、光照、电流、pH、微波、氧化还原剂等)的作用下临时断开，使链段的运动能力增大，聚合物分子链流动填充损伤部位，并进行链段或网络结构重组，进而修复材料损伤的一种作用机理。
[0003]PC/TPU合金材料在日常生活中有着非常广泛的应用，但容易在外力因素(机械、化学、紫外线、热量)的作用下，逐渐在PC/TPU合金材料内部产生难以检测到的微小损伤，容易使材料表面开裂、或者内部产生裂纹，降低了其使用寿命和美观度。在PC/TPU合金材料失效前，必须将其及时更换。但在一些特殊情况下，材料的更换变得困难，如大型工程机械设备和船舶动力构件，以及一些难以拆卸的部件等，因此PC/TPU合金材料内部损伤的自修复就显得极为重要。

技术实现思路

[0004]为了改善PC/TPU合金材料的内部自修复能力，本申请提供一种具有自修复功能的PC/TPU合金材料及其制备方法和应用。
[0005]第一方面，本申请提供的一种具有自修复功能的PC/TPU合金材料，采用如下的技术方案：一种具有自修复功能的PC/TPU合金材料，包括以下重量份的组分：TPU树脂20
‑
30份，PC树脂60
‑
70份，自修复剂0.3
‑
0.7份，牺牲骨架0.15
‑
0.35份。
[0006]通过采用上述技术方案，PC/TPU合金材料采用自修复剂赋予PC/TPU合金材料很好的自我修复功能；采用牺牲骨架在TPU中形成无壁型微脉管，降低了PC/TPU合金材料自修复结构的复杂程度。同时，将自修复剂填充至微脉管中，当PC/TPU合金材受到损伤时，修复剂会被释放并流动至裂缝处，经过交联固化以修复损伤，并且可以多次重复修复。因此，采用上述技术方能可以显著延长PC/TPU合金材料的使用寿命，且对PC/TPU合金材料性能影响甚微。
[0007]优选的，所述自修复剂选自二聚环戊二烯(DCPD)、双酚环氧树脂中的任意一种。
[0008]通过采用上述技术方案，自修复剂DCPD或双组份环氧树脂，受到损伤时释放并流动到裂缝处交联固化以修复损伤，而且可以重复多次修复，通过双重隔离的微脉管网络最
高可达30个损伤修复循环。构造三维微脉管网络，对材料机械性能的影响极小，但材料损伤后其原有强度几乎可完全修复。
[0009]优选的，所述牺牲骨架为聚乙二醇、甲基丙烯酸酯化明胶、聚乙烯醇中的任意一种。
[0010]通过采用上述技术方案，采用直写墨水技术将易挥发的有机墨水制备成牺牲骨架，然后通过二聚环戊二烯(DCPD)/环氧树脂预聚物的渗透固化，在一定条件下除去牺牲骨架，从而得到了一个聚合物基体，其中埋藏着无壁三维中空微脉管网络，以提高修复剂的流通效率。同时，这种无壁三维中空微脉管网络由粗直径400
‑
500μm，细直径100
‑
150μm的分支管道组成，能够提高无壁三维中空微脉管网络的覆盖范围和降低冗余度。
[0011]优选的，所述TPU树脂为聚醚型聚氨酯弹性体。
[0012]通过采用上述技术方案，聚醚型聚氨酯弹性体相较于聚酯型聚氨酯，拥有更高的稳定性以及耐水解性，同时对于油、脂、溶剂、酸和碱等化学物质的耐受性也较为优良。
[0013]优选的，所述PC/TPU合金材料还包括，相容剂3
‑
5份、增韧剂2
‑
4份、紫外线吸收剂0.3
‑
0.5份、抗氧剂0.3
‑
0.5份、分散剂0.4
‑
0.6份。所述相容剂MBS(甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚物)树脂，所述增韧剂为三菱S
‑
2100，所述紫外线吸收剂为UV234，所述分散剂为乙撑双硬脂酰胺。
[0014]优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂1098中的任意一种或几种，优选地，所述抗氧化剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酚类抗氧剂按照重量份数比为1:1组成，优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010 0.3
‑
0.5份和抗氧剂168 0.3
‑
0.5份组成的混合物。所述分散剂为乙撑基双硬脂酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙、聚乙烯蜡中的任意一种或几种。
[0015]通过采用上述技术方案，本申请所使用的相容剂MBS，其结构主要为核壳结构，丁二烯苯乙烯为核，易与TPU相容，壳为甲基丙烯酸甲酯，与PC的相容性较好，可以在树脂中形成海岛结构，降低两项的界面张力，增加两项的相容性，以及界面粘结力。
[0016]优选的，所述抗氧化剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酚类抗氧剂组成，所述受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酚类抗氧剂的重量份数比为1:1。所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010，所述亚磷酸酚类抗氧剂为抗氧剂168。
[0017]通过采用上述技术方案，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酚类抗氧剂两者之间可以相互协同作用，增强其抗氧化效果。同时，抗氧剂可分解氢过氧化物，而不形成自由基中间产物，因此，它们可防止由氢过氧化物分解为自由基是所导致的链的支化。
[0018]第二方面，本申请提供一种具有自修复功能的PC/TPU合金材料的制备方法，采用如下的技术方案：步骤S1根据构建好的CAD模型打印牺牲骨架，同时紫外灯照射，对打印结构进行逐层的光交联，波长为300
‑
400nm，照射时间为10
‑
45秒，最终得到固化成型的三维微脉管，然后将制得的三维微脉管与TPU树脂混合，即得TPU聚合物基体；步骤S2将所述TPU聚合物基体和其他辅料按比例加入混料机中，混合，出料，得到初步混合物；步骤S3将所述初步混合物后加入到双螺杆挤出机挤出，挤出料条冷却到室温，造粒，即得。
[0019]优选的，所述打印采用DLP高精度微纳结构3D打印机，所述牺牲骨架为具备光固化特性的高分子水凝胶，例如聚乙二醇、甲基丙烯酸酯化明胶、聚乙烯醇等。
[0020]优选的，在常温23℃、压力0.5
‑
1Mpa、速度8
‑
15mm/s条件下进行的打印。
[0021]优选的，所述步骤S2中混料机的转速为350
‑
400rpm/min；所述挤出机各区温度为：一段230℃<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自我修复功能的PC/TPU合金材料，其特征在于，所述PC/TPU合金材料包括以下重量份的组分：PC树脂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
60
‑
70份TPU树脂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20
‑
30份自修复剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.3
‑
0.7份牺牲骨架
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.15
‑
0.25份。2.根据权利要求1所述的PC/TPU合金材料，其特征在于，所述自修复剂选自二聚环戊二烯（DCPD）、双酚环氧树脂中的任意一种。3.根据权利要求1所述的PC/TPU合金材料，其特征在于，所述牺牲骨架为聚乙二醇、甲基丙烯酸酯化明胶、聚乙烯醇中的任意一种，所述牺牲骨架的直径为粗直径400
‑
500μm、细直径100
‑
150μm。4.根据权利要求1所述的PC/TPU合金材料，其特征在于，所述TPU树脂为聚醚型聚氨酯弹性体。5.根据权利要求1所述的PC/TPU合金材料，其特征在于，所述PC/TPU合金材料还包括，相容剂3
‑
5份、增韧剂2
‑
4份、紫外线吸收剂0.3
‑
0.5份、抗氧剂0.3
‑
0.5份、分散剂0.4
‑
0.6份。6.根据权利要求1所述的PC/TPU合金材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄程远，王龙，李彬，宋健业，梅凤策，
申请(专利权)人：青岛国恩科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：