水性聚氨酯彈性防護涂層的自愈合行為與機理.pdf

1、船舶、海洋結(jié)構(gòu)物及鋼結(jié)構(gòu)通常都需要涂覆涂層材料實現(xiàn)保護目的。但防護涂層在服役時，除了受到環(huán)境介質(zhì)的腐蝕、海洋生物的附著污損外，還會受到海面漂浮物等的撞擊擦傷。近年來，具有自愈合性能的材料及涂料得到廣泛的關注。研究較多的外援型自愈合材料依靠預先包埋在材料或涂料的微膠囊破裂實現(xiàn)對損傷區(qū)域的修復。而本征型自愈合材料則依靠本體自身的化學結(jié)構(gòu)與性質(zhì)實現(xiàn)損傷的自愈合。聚氨酯彈性材料被證明是一種本征型的自愈合材料。為了順應綠色環(huán)保理念，防護涂料水性化

2、已成發(fā)展的必然選擇。因此，水性聚氨酯彈性材料及涂層的自愈合行為機理研究具有重要科學意義和工程價值。
　　本文自主設計合成了硬段重量分別為25％、30％、35％、40％、45％的PPG-BDO-TDI型聚氨酯乳液，制備了相應的水性聚氨酯彈性材料，粉體增強復合材料和防護涂層。利用紅外光譜、差熱分析、熱重分析、拉伸試驗機表征了彈性材料的結(jié)構(gòu)與性能。系統(tǒng)研究了硬段含量、愈合時間、損傷方式、多次損傷及加載速率對彈性材料自愈合行為與性能的影響

3、，并提出了自愈合機理模型。結(jié)果表明:成功合成不同硬段含量的彈性材料，聚氨酯包含兩個明顯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，表明聚氨酯中存在軟硬段互不相容的微相分離結(jié)構(gòu)。熱重顯示300℃以下，聚氨酯彈性材料有較好的耐熱性。隨著硬段含量增加，彈性材料的斷裂強度和彈性模量增加，而延伸率下降。自愈合率隨硬段含量的增加而下降，當硬段超過45％時，彈性材料完全失去自愈合能力。局部損傷彈性材料在48小時自愈合率達到最大，斷裂強度最高可恢復為原始的90％，延伸率可恢復為

4、原始的30％，愈合率要高于拉斷和割斷試樣。試樣在同一部位反復斷裂，其自愈合能力不斷降低，經(jīng)七次斷裂后徹底失去自愈合能力。隨加載速率增加，試樣自愈合率略升高。粉體增強復合材料自愈合率隨粉體含量增加而減小，當粉體含量為3.5％，試樣失去自愈合能力。機械剪切力加入粉體的自愈合率高于超聲分散。不同粉體增強復合材料自愈合率由高到低為納米二氧化硅＞硅藻粉＞鈦白粉＞碳納米管。防護涂層自愈合率要遠低于彈性材料，隨硬段含量增加，自愈合率下降，40％硬段含