智能纺织材料之自修复材料

clsrich 复合面料知识 2024-08-19 09:39:31 13 0

20 世纪80 年代中期，人们希望找到智能材料体系集感知、驱动、信息处理于一体的材料。21世纪纺织科技新发展，已能制取“机敏”、“灵巧”、“智能”纤维材料，用来生产智能纺织品；或者以常规织物为“平台”，加入各种各样的新化工原料，生产出智能纺织品。智能纤维的构思来源于仿生学，一般从仿生学、分子设计、复合技术三方面达到自修复、自调整、自诊断、自适应、自恢复等功能。

其中，具有自修复功能的聚合物基复合材料是近几年学术界研究的热点，目前，对这一领域的开发与研究已成为科学界高度关注的热点。作为一种新型的智能材料，自修复聚合物基复合材料是模仿生物体损伤自愈合的机理对材料加工或使用过程中肉眼难以发现的微观裂纹进行自修复。

聚合物基复合材料自修复方法主要有本征型自修复和外援型自修复。两者的区别在于自修复体系是否需要外加修复剂。外援型自修复通过在材料体系内外加修复剂实现自修复功能，本文重点对外援型自修复材料进行介绍。

中空纤维自修复材料

中空纤维自修复方法的修复机理是将中空纤维埋植在基体材料中，空心纤维内装有修复剂流体，材料发生破坏时通过释放空心纤维内的修复剂流体粘接裂纹处实现损伤区域自修复。

中空纤维自修复过程

该方法早应用于纤维增强混凝土材料中，近些年来许多研究学者将其应用于聚合物基复合材料的自修复领域。中空纤维的直径一般在40～200 μm，依据纤维内部修复剂类型可分为3种类型：中空心纤维内装有单组分修复剂，该组分可在空气等作用下不需固化剂便可实现自修复；修复剂及固化剂分别注入不同空心纤维内，自修复过程需要修复剂与固化剂接触才能实现；修复剂注入空心纤维内，固化剂以微胶囊形式分散在基体材料中，同样也需要两者接触实现自修复功能。

纳米粒子自修复材料

纳米粒子自修复机理为：当材料产生裂纹时，纳米粒子向裂纹区域扩散（纳米粒子尺寸越小扩散效果越好），扩散后的纳米粒子相将裂纹处填充从而起到修复的作用。

微胶囊自修复材料

微胶囊自修复聚合物材料于2001 年首次提出的，在之后的十几年中成为科研学者们的研究热点，并已成为目前主要的自修复方法之一。其自修复机理为：将内含修复剂的微胶囊埋入聚合物基体材料中，同时在基体中预埋催化剂（也可将催化剂微胶囊化后埋入基体材料中），材料产生裂纹后，裂纹的扩展导致微胶囊破裂，释放出的修复剂在虹吸作用下向损伤区域扩散，遇到催化剂后发生聚合反应修复裂纹。

微脉管自修复材料

微胶囊自修复体系虽然是目前应用广泛的，但其只能实现单次修复，与理想的自修复材料相比还存在差距。与其相比，2007 年首次实现的微脉管网络自修复体系通过模拟生物体组织自愈合原理，通过在材料内部埋入具有三维网状结构的微脉管，可实现修复剂的持续补充，因此可实现材料损伤的多次修复。

碳纳米管自修复

碳纳米管作为材料自修复体系，其修复机理为：将埋植在基体材料内的碳纳米管充当容器，在其内部储存修复剂分子，当材料产生裂纹时碳纳米管破裂，修复剂释放出来后吸附在裂纹处或在裂纹处发生化学反应粘接裂纹实现自修复功能。碳纳米管自修复体系是理想的自修复材料体系，但目前仅处于计算机模拟阶段，没有真正的实验研究，预计将来会得到很好的应用。

自修复聚合物材料目前正处于快速发展的研究阶段，属于交叉学科研究领域，因此需要多种知识背景的研究者加入。未来发展趋势主要为：①优化和开发新的自修复体系，提高修复效率和自修复循环次数；②自修复功能的实现不影响基体材料性能；③自修复同时具有自诊断功能，使自修复聚合物材料实现真正意义上的仿生材料；④从实验室研究走向工程应用。

智能材料的发展为智能纺织品的开发奠定的坚实基础，促进了高端纺织产业的发展。我们通过将智能材料应用于纺织品或使纺织品智能化，使传统纺织品绽开新蕾。

来源：鲁豫纺织