[发明专利]双壁夹心结构微胶囊自修复橡胶及其制备方法

说明书

 

技术领域

    本发明涉及一种橡胶制备方法，具体涉及一种介孔分子筛协效双壁夹心结构微胶囊自修复橡胶的制备方法。

 

背景技术

     随着科学技术的进步，橡胶的机械力学性能得以大大提高，已从日用品材料进入到工程及功能材料的行列，大量应用于宇宙探索飞行器、人造卫星、火箭、房屋和桥梁建筑、汽车和飞机等机械行业以及水坝、电工电子、深海潜航等工程领域。但在使用过程中及周围环境的作用下，橡胶容易受到宏观和微观的损坏。裂纹和微裂纹是微观破坏的主要表现形式。微裂纹是材料性能退化的起点，微裂纹的发展将导致裂纹的形成，致使材料结构立即退化从而性能下降。微观破坏会造成材料尺寸不稳定性以及强度、硬度等力学性能的降低，从而导致材料热、电、声等物理性能发生改变。因此为避免结构材料的损伤，对微裂纹的早期发现和修复无疑是一个重要而实际的问题。肉眼能发现的分层或由冲击所导致的宏观裂纹不难发现，并能通过手工修复。超声波和射线照相术等无损检测是常用的观察内部损伤的技术手段。但由于这些技术的局限性，加上橡胶的裂纹往往在基材深处出现，如基材的微开裂等微观范围的损伤就很难被发现。如果这些损伤部位不能及时进行修复，不但会影响结橡胶的正常使用性能和缩短使用寿命，而且可能由此引发宏观裂缝而发生断裂，造成重大事故。因此，研究橡胶的仿生修复——自愈合，主动、自动地对损伤部位进行检测和修复，对橡胶在高技术领域的应用尤为重要。

    目前对材料内部微裂纹，修复效率最高的途径是利用自修复微胶囊，其主要原理是将含有修复剂的微胶囊和催化剂包埋在基体材料中，当基体材料产生微裂纹时，这些微裂纹将通过毛细虹吸作用使得附近的微胶囊破裂，流出的修复剂在接触到催化剂后发生化学反应，对材料达到修复的目的。由于修复剂与催化剂接触机率不大，单壁微胶囊修复效率还是比较低，而过多用量的微胶囊和催化剂，将对材料的机械力学性能产生影响。若采用双壁微胶囊，虽然增加了催化剂与修复剂的接触机率，却导致了材料自身微裂纹毛细虹吸作用不强，使得双壁微胶囊的两层壁材全部破裂的机率不大，修复效果也不够理想。

 

发明内容

    本发明的目的在于提供一种双壁夹心结构微胶囊自修复橡胶及其制备方法，该方法采用脲醛树脂作为壁材，协效剂介孔分子筛由于其多孔性能将会改善微裂纹的虹吸作用，将介孔分子筛与双壁夹心结构的自修复微胶囊添加到橡胶基材中，其修复性能明显提高。

 

    本发明采取的技术方案是：

    双壁夹心结构微胶囊自修复橡胶，该自修复橡胶由下列组成按质量份数混合而成：橡胶用量100质量份；硫化剂用量1~2质量份；促进剂CZ用量0.8~1.5质量份；促进剂TMTD用量0.1~0.6质量份；硬脂酸用量3.5~4.5质量份；氧化锌用量4~5质量份；防老剂4010用量1~3质量份；液体石蜡用量1~3质量份；炭黑用量20~40质量份；双壁夹心结构的自修复微胶囊用量10~40质量份；纳米介孔分子筛用量0~10质量份，其中纳米介孔分子筛作为协效剂。

    所述的双壁夹心结构微胶囊自修复橡胶，双壁夹心结构的自修复微胶囊由修复剂环氧树脂及其稀释剂作为内层芯材，脲醛树脂作为内层壁材，催化剂环氧树脂固化剂作为外层芯材，脲醛树脂作为外层壁材。

    所述的双壁夹心结构微胶囊自修复橡胶，双壁夹心结构的自修复微胶囊与介孔分子筛一起包埋在橡胶基材中。

    所述双壁夹心结构微胶囊自修复橡胶，协效剂介孔分子筛为MCM-41、MCM-48、SBA-15、SBA-16的一种。

    所述的双壁夹心结构微胶囊自修复橡胶，橡胶基材为天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、丁氰橡胶、氢化丁氰橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶的一种。

   双壁夹心结构微胶囊自修复橡胶的制备方法，所述方法包含以下过程：

    （1）脲醛树脂预聚体的合成：在三口瓶中将尿素与质量分数37%的甲醛溶液按质量比1:1~2:1进行混合，用三乙醇胺调节溶液pH=8.5~9.5，加热溶液至70℃反应1h，制得透明的脲醛树脂预聚体；