中高温酸酐固化环氧树脂的自修复研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.11.003

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (11): 15-23.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.11.003

中高温酸酐固化环氧树脂的自修复研究

杨智韬¹^,², 方星磊¹^,², 赖少川³(), 熊道英³, 王垚³, 张晨³, 何和智¹^,²(), 张鹤¹^,²()

^1.华南理工大学，聚合物新型成型装备国家工程研究中心，广州 510641
^2.华南理工大学，聚合物成型加工工程教育部重点实验室，广州 510641
^3.国家石油天然气管网集团华南公司，广州 510620

收稿日期:2021-06-09 出版日期:2021-11-26 发布日期:2021-11-23
基金资助:
国家自然科学基金青年项目(51903090)

A Self⁃healing Epoxy Cured with Anhydride at Middle and High Temperatures

YANG Zhitao¹^,², FANG Xinglei¹^,², LAI Shaochuan³(), XIONG Daoying³, WANG Yao³, ZHANG Chen³, HE Hezhi¹^,²(), ZHANG He¹^,²()

^1.Guangdong Provincial Key Laboratory of Technique and Equipment for Macromolecular Advanced Manufacturing，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China
^2.National Engineering Research Center of Novel Equipment for Polymer Processing，Key Laboratory of Polymer Processing Engineering （SCUT），Ministry of Education，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China
^3.National Petroleum Pipeline Group South China Corporation，Guangzhou 510620，China

Received:2021-06-09 Online:2021-11-26 Published:2021-11-23
Contact: LAI Shaochuan,HE Hezhi,ZHANG He E-mail:laisc@pipechina.com.cn;pmhzhe@scut.edu.cn;zhanghe@scut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

基于兼具修复效率高、兼容性好、热稳定性较好等优点的微胶囊化环氧?胺自修复体系，研究了其在一种中高温（100~170 ℃）酸酐固化的商用环氧树脂中的自修复性能。首先研究了所选用修复剂的热稳定性及其在微胶囊化后在树脂基体中的热稳定性，进而采用人工预混注入修复剂的方法研究了所选用修复剂与酸酐固化环氧树脂的兼容性，最后在树脂基体中加入双组分微胶囊研究了该微胶囊化环氧-胺自修复酸酐固化环氧树脂的自修复性能，并探究了微胶囊比例与浓度及树脂固化程序对自修复性能的影响。结果表明，所选用的修复剂体系热稳定性较好，微胶囊化后在树脂基体中热稳定性较高，适用于酸酐中高温固化的环氧树脂的自修复，优化后的自修复效率较高，超过80 %。

关键词: 酸酐, 环氧树脂, 微胶囊, 自修复

Abstract:

In light of the microencapsulated epoxy-amine self?healing system with high healing performance， good compati-bility， and relatively good thermal stability， this paper developed a self?healing commercial epoxy resin cured with anhydride at middle and high temperatures ranging from 100 to 170 ℃. The thermal stabilities of the epoxy and amine as healants were extensively evaluated before and after microencapsulating them in the resin matrix. The compatibility of the cured healants with the anhydride?cured epoxy was quantitatively characterized through in?situ injecting the pre-mixed healants into the cracked pure epoxy resin. The self?healing anhydride-cured epoxy using dual?component microcapsule system containing the selected healants was formulated， and the effects of the ratio and concentration of the dual?component microcapsules and the curing procedure of the host matrix on its healing performance was systematically. The results indicated that the selected healants exhibited good thermal stability， especially after microencapsulated and embedded into the host matrix. Owing to the good compatibility between the selected healants and resin matrix as confirmed by the manually injection healing， the self?healing showed good healing performance when epoxy cured with anhydride at middle and high temperatures through the microencapsulated epoxy?amine system. Healing efficiency of over 80 % could be achieved after the parametric optimization.

Key words: acid anhydride, epoxy resin, microcapsule, self?healing

中图分类号:

TQ 323.5

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图/表 10

图1 所采用的TDCB制品的结构示意图

Fig.1 Schematic diagram of the structure of the used TDCB specimen

微胶囊比例（环氧：胺类）	微胶囊总含量/%	固化程序
2∶1	10.0	T100/3h?T130/2h
3∶2	10.0	T100/3h?T130/2h
1∶1	10.0	T100/3h?T130/2h
2∶3	10.0	T100/3h?T130/2h
1∶2	10.0	T100/3h?T130/2h
1∶1	5.0	T100/3h?T130/2h
1∶1	7.5	T100/3h?T130/2h
1∶1	10.0	T100/3h?T130/2h
1∶1	12.5	T100/3h?T130/2h
1∶1	15.0	T100/3h?T130/2h
1∶1	10.0	T100/3h
1∶1	10.0	T100/3h?T130/2h
1∶1	10.0	T100/3h?T130/2h?T170/3h

表1 制备自修复样品时所用的工艺参数

Tab.1 Process parameters used in the preparation of self?healing samples

图2 样品的TG曲线

Fig.2 TG curves of the samples

图3 样品的TG曲线

Fig.3 TG curves of the samples

图4 样品的SEM照片

Fig.4 SEM of the samples

图5 Epotech树脂基体中的微胶囊在不同固化程序后的光学显微镜图像

Fig.5 Optical microscopic images of the dual microcapsules in the Epotech epoxy matrix after different heat treatment

图6 两种微胶囊在Epotech树脂基体中的芯液损失率随固化程序的变化趋势图

Fig.6 Weight loss of the core liquids of both epoxy microcapsules and amine microcapsules in the Epotech epoxy resin

图7 纯Epotech树脂TDCB制品手动修复前后典型的力?位移图及Epotech树脂固化程序对人工注射修复性能的影响

Fig.7 Typical load?displacement curves of the pure Epotech resin TDCB specimen before and after the manual healing， and influence of the curing procedure on the healing efficiency by manual healing

图8 工艺参数对自修复样品性能的影响

Fig.8 Influence of process parameters on properties of self?healing samples

图9 Epotech 树脂TDCB自修复样品修复后的断面SEM照片

Fig.9 SEM of the crack surfaces of Epotech TDCB self?healing specimen after the healing test

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