智能自修复材料在纺织上的应用

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1、万方数据◆材质●智能自修复材料在纺织上的应用张丽王瑞(天津工业大学纺织与服装学院天津300160)[摘要】具有自诊断、自修复功能的智能材料已成为新材料领域研究的重点之一。智能自修复材料的本质特征是材料具有仿生自修复功能，即材料能根据感受到的信息而自动判断、控制和修复以适应外界条件变化。本文介绍了智能自修复材料的基本概念、原理以及几种智能材料自修复功能，探讨了智能自修复材料光明的应用前景和发展趋势。[关键词】自修复；智能材料；纺织；应用『中图分类号]TSl04．7O引言当今世界，智能自修复材料科学是一门新兴起的综合性科学。上世纪80年代末随着材料技术和大规模集成电路技术的发

2、展与进步，美国军方首先提出了智能材料与结构的设想和概念，随后便展开了大规模的研究。现如今，它的发展非常迅速，并且受到了越来越高程度的重视。目前，具有自诊断、自修复功能的智能自修复材料已成为新材料领域的研究重点之一。智能材料是指能模仿生命系统同时具有感知和激励双重功能的材料。自诊断与自修复是智能材料的重要功能。自愈合是生物的重要特征之一；自愈合的核心是物质补给与能量补给，其过程由生长活性因子来完成。基于这个原理仿照生物体损伤愈合的原理，可开发研制出智能自修复材料。1智能自修复材料的自修复原理智能自修复材料能够感受外界环境的变化，集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似于生物体

3、那样的具有自感知、自诊断、自修复功能的材料。当今应用比较广泛的是采用内置胶囊、空心纤维或液芯光纤的来进行仿生自修复。将内含粘接剂的空心胶囊或玻璃纤维渗入材料中，一旦材料在外力作用下发生开裂，部分胶囊或纤维破裂，粘接液流出深入裂纹，粘接液江苏纺织4412／2004可使材料裂纹重新愈合。或者空心胶囊或玻璃纤维内部内含一种催化剂或促进剂，一旦材料在外力作用下发生开裂，部分胶囊或纤维破裂，催化剂或促进剂流出从而促使材料内部产生化学反应而自动愈合。内置胶囊的仿生自修复机理示意图如图一所示。内置空心玻璃纤维自修复材料示意图如图二所示。隔o0Do．Oo'ol1．。。苫．。．IIo’o·

4、V‘I叫餮II￡=二!』E1．bc图一内置胶囊仿生自修复机理示意图a内含修补剂的胶囊分散于材料内；b发生裂纹后使胶囊破裂，修复剂或催化剂等流出；c流出的修补剂来修复裂纹或者催化剂促使材料内部产生化学反应而自动愈合。图二内置空心玻璃纤维自修复材料示意图修复机理：将内含修补剂的玻璃纤维埋置于材料内，发生裂纹后，纤维断裂，修复剂流出万方数据来修复裂纹或者催化剂促使材料内部产生化学反应而自动愈合。2智能自修复材料的发展及应用2．1自修复聚合物一种新型韧性聚合物材料当逐渐地加热时可以修复它自己的裂缝。洛杉矶加利福尼亚大学的化学教授及合作者创造出一种大分子的网状物，它的主链通过热可逆

5、的共价键完全连接。该聚合物通过一种含有四个呋喃二烯单元的化合物(如图三中a所示)与一个带有三个马来酰亚胺二烯亲合体的胺(如图三中b所示)进行Diels—alder环加成反应而形成。最后所得到的透明固体和工业上的交联环氧树脂及不饱和聚酯同样坚固。通过加热该材料到120。150℃，裂缝的样品可以修复到几乎达到它们原来的强度。随着裂缝扩展，使在一Diels—alder反应中分开的呋喃与马来酰亚胺单元再结合。不像以前所报道的自修复聚合物，这种新材料不需要额外的单体或催化剂。在其它应用中，它可以用于由于重复通——断循环使温度不断变化而易于裂缝的电子元件。c个cJe飞L图三b2．2纺

6、织品的自修复美国发明了一种具有自修复功能的中空纤维，这种中空纤维含有一种修正调节剂，在受到内部或外部刺激下可释放调节剂，当纺织品受力产生裂纹时，中空纤维释放化学药剂可粘合裂纹。该技术已获美国专利。2．3材料的自修复自修复不仅在纺织上得到较好广泛的运用，在其它方面也得到一定的发展，如金属磨损自修复，混凝土自修复、采用空心光纤的智能材料自修复，采用形状记忆合金增强智能材料结构的自修复。3结束语智能自修复材料对于提高产品的安全性和可靠性有着深远的意义。在材料已经投入使用就不可能对其修复或修复不现实的情况下，这种方法应该能够表现出其特殊的优势。外太空探索飞行器、人造卫星、火箭发动

7、机的元件以及移植人造器官方面将是这种技术的首选应用场合。此外，这种自修复智能材料今后在空间站建设、桥梁建设等工程中也有望一试身手。尽管智能自修复材料的应用尚处于初级阶段，研究工作在许多方面有待于新的突破，但它依然前景光明，并会像计算机芯片那样引起人们的重视，推动诸多方面的技术进步，开拓新的学科领域并引起材料与结构设计思想的重大变革．参考文献1NewnhamRE，RuschauGR．JIntelligentMaterialSystemsandStructures，1993，4(2)：289．2HastingsGWMahmudEA