[发明专利]一种内含电磁触发微胶囊的智能自润滑复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种内含电磁触发微胶囊的智能自润滑复合材料制备方法。所述智能自润滑复合材料包括导电聚合物基体和电磁触发微胶囊。本发明通过外加电磁刺激实现远程调控微胶囊释放芯材活性物质，实现导电聚合物复合材料润滑和抗蚀性能的自修复。与现有的自润滑复合材料相比，本申请复合材料中电磁刺激触发的电流大小或磁场强度可以连续变化，实现可调谐刺激响应。本发明提出的智能复合材料体系及其自修复/自润滑策略在自润滑轴承、抗腐蚀涂层和电池电极材料等领域具有较大的应用潜力和市场价值。

技术领域

本发明属于固相自润滑耐磨复合材料技术领域，尤其涉及一种内含电磁触发微胶囊的智能自润滑复合材料的制备方法。

背景技术

材料腐蚀和摩擦磨损问题是导致机械系统关键部件能量耗散和损伤失效的主要诱因之一。统计数据表明，摩擦耗能占一次能源的1/3左右，同时腐蚀和磨损是材料和设备失效的主要方式(约80％)，已成为制约装备效能发挥的基础性因素。因此探索新型抗蚀防护和减摩润滑技术，已成为节约能源和资源、缓解环境污染、消除安全隐患的重要途径之一。近年来在腐蚀防护和减摩润滑等领域，刺激响应型智能材料引起研究者的广泛研究兴趣。此种材料主要是通过响应外界刺激调整自身物理/化学结构参数，激发材料自修复和自润滑等功能。自修复材料的具体作用过程为对埋入材料内的活性物质(如修复剂、缓蚀剂或润滑剂)进行“及时”可控释放，通过自生长或原位复合等再生机制实现对缺损部位自补偿、自愈合，从而使其修复能力最大化。该功能对免维护、高可靠和长寿命的机械系统(如航空航天和深海装备)具有重要意义。例如，利用材料自修复特性有利于解决航天航空储能部件(电池和电化学电容器为代表)界面电化学应力退化和断裂失效问题，从而提高其电极材料的使用寿命。随着水下推进器等高端海洋装备对水润滑轴承高承载、自润滑、耐磨抗蚀性能要求的日益提升，对轴承结构与材料设计制造提出更高的要求。在这种情况下，开发具有自修复和自润滑功能的新型润滑抗蚀保护材料对于提高轴承运行的可靠性和寿命具有重要意义。

在传统自修复或自润滑材料中，活性物质(修复剂、缓蚀剂或润滑剂)是直接加入到材料界面，在使用过程中需要连续补充。内含微胶囊型复合材料在一定程度上可改善该问题。具体来说，在复合材料中填装的微胶囊颗粒在外界激励刺激下释放出芯材活性物质，达到自修复、自润滑的目的。智能胶囊型复合材料是指在刺激响应下活性物质(修复剂、缓蚀剂或润滑剂)能迅速且持续的释放，进而实现材料自修复和自润滑的功能。目前已经提出了多种物理或化学方法来触发微胶囊破裂释放活性物质，其中机械和热刺激方法较为普遍。机械触发的微胶囊破裂方式主要包括外部压力引起的胶囊壳壁物理损伤和机械开裂。当外界压力作用于壳壁超过其限度时，微胶囊破裂使芯材得以释放，由于外界环境改变，芯材和催化剂发生反应而生成最终产物。热触发微胶囊破裂方式包括壳壁熔化、部分壳体材料膨胀或收缩引起的孔隙率变化、芯材气化后微胶囊压力增加和壳壁的热机械退化。机械或热刺激触发通常存在以下缺陷：(1)机械触发过程中微胶囊破裂效率低或非选择性破裂，复合材料中细小裂纹产生的应力无法触发微胶囊的破裂；(2)热触发过程可能会使受热区域微胶囊全部破裂，而不是微小局部区域微胶囊选择性破裂。同时在摩擦磨损区域的温升较高，由于热毛细效应微胶囊破裂后芯材无法有效进入局部温度较高的磨损区域。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有材料存在的缺陷。本发明提供了一种电刺激触发式微胶囊，电刺激触发与以上其他方法不同之处在于其电势或电流可以连续变化，实现可调谐刺激响应。电活性微胶囊壳壁含有可逆氧化和还原的功能性基团，在氧化/还原反应下，微胶囊壳壁与包覆芯材进行离子和溶剂交换，聚合物链段伸直或卷曲，造成微胶囊壳壁溶胀或收缩，或者通过微胶囊壳壁上带相反电荷的聚电解质之间静电相互作用，在外界电刺激下其氧化还原状态发生改变而带电，随后薄膜两侧渗透压的存在驱使带相反电荷的离子扩散到微胶囊壳壁中补偿电荷，使弹性聚合物溶胀变形。

本发明的制备方法如下：

(1)导电聚合物基体的制备：