【摘 要】
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聚氨酯弹性体具有的独特性能使其在许多领域具有不可替代的地位。然而,聚氨酯弹性体通常会受到环境或外部应力的影响,导致意想不到的损伤、裂纹甚至宏观断裂。这些问题可以通过赋予弹性体自修复特性来解决。一直以来,获得一种既具有显著的机械强度又具有较高的自修复效率的材料是一项挑战。因此,本论文逐步将多种氢键、金属配位键、二硫键引入到聚氨酯体系中,制备的弹性体力学性能优异,且能在热应激下自发进行多次修复。本文首
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聚氨酯弹性体具有的独特性能使其在许多领域具有不可替代的地位。然而,聚氨酯弹性体通常会受到环境或外部应力的影响,导致意想不到的损伤、裂纹甚至宏观断裂。这些问题可以通过赋予弹性体自修复特性来解决。一直以来,获得一种既具有显著的机械强度又具有较高的自修复效率的材料是一项挑战。因此,本论文逐步将多种氢键、金属配位键、二硫键引入到聚氨酯体系中,制备的弹性体力学性能优异,且能在热应激下自发进行多次修复。本文首先设计并合成了含有吡啶-2,6-二甲酰胺结构的二胺扩链剂PDC,并将其引入到以IPDI和PTMEG-1000为原料制得的预聚物中,成功扩链制备了具有多种强弱氢键的聚氨酯弹性体 PTMEG-IPDI-PDC。对不同 R 值（1.6、1.8 和 2.0）PTMEG-IPDI-PDC的力学性能研究表明,随着R值的增大,PTMEG-IPDI-PDC的极限拉伸强度和断裂韧性逐渐增大,而断裂伸长率逐渐减小。另外,通过对PTMEG-IPDI-PDC的修复效果研究发现,尽管PTMEG-IPDI-PDC2.0有着高达58Mpa的极限拉伸强度、1166%的断裂伸长率和242 MJ m-3的断裂韧性,但其在80℃下修复24h后的修复效率却只有14.4%,这说明了合理调节R值,增加分子链段的运动能力是满足良好修复效率的至关重要的因素。其次,选用R值为1.6的PTMEG-IPDI-PDC弹性体作为基材,利用PDC中存在的吡啶-2,6-二甲酰胺结构与金属Fe3+形成配位结构。金属配位键的引入使得在相同条件下PTMEG-IPDI-PDC-Fe的力学性能和修复效率比PTMEG-IPDI-PDC有所提高。PTMEG-IPDI-PDC-Fe的极限拉伸强度、断裂伸长率和断裂韧性分别为23.3 MPa、1563%和82.4 MJ m-3。在80℃下修复24h后,R值为1.6的PTMEG-IPDI-PDC弹性体的修复效率为76.0%,而PTMEG-IPDI-PDC-Fe弹性体的修复效率则提高到了 85.6%。最后,在不损害力学性能的前提下,通过引入脂肪族二硫键来增加修复效率。我们制备了含有氢键、金属配位键和二硫键的高强韧自修复聚氨酯弹性体PTMEG-IPDI-SS-PDC-Fe。该弹性体有着高达27.6 MPa的极限拉伸强度、1089%的断裂伸长率和122.9 MJ m-3的断裂韧性。在80℃下修复24h后,其修复效率可达到94.8%。PTMEG-IPDI-SS-PDC-Fe弹性体具有良好的多次修复能力和变形恢复能力。
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