智能自修復(fù)材料在紡織上的應(yīng)用

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)◆材質(zhì)●智能自修復(fù)材料在紡織上的應(yīng)用張麗王瑞(天津工業(yè)大學(xué)紡織與服裝學(xué)院天津300160)[摘要】具有自診斷、自修復(fù)功能的智能材料已成為新材料領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。智能自修復(fù)材料的本質(zhì)特征是材料具有仿生自修復(fù)功能，即材料能根據(jù)感受到的信息而自動(dòng)判斷、控制和修復(fù)以適應(yīng)外界條件變化。本文介紹了智能自修復(fù)材料的基本概念、原理以及幾種智能材料自修復(fù)功能，探討了智能自修復(fù)材料光明的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢(shì)。[關(guān)鍵詞】自修復(fù)；智能材料；紡織；應(yīng)用『中圖分類(lèi)號(hào)]TSl04．7O引言當(dāng)今世界，智能自修復(fù)材料科學(xué)是一門(mén)新興起的綜合性科學(xué)。上世紀(jì)80年代末隨著材料技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)

2、展與進(jìn)步，美國(guó)軍方首先提出了智能材料與結(jié)構(gòu)的設(shè)想和概念，隨后便展開(kāi)了大規(guī)模的研究?，F(xiàn)如今，它的發(fā)展非常迅速，并且受到了越來(lái)越高程度的重視。目前，具有自診斷、自修復(fù)功能的智能自修復(fù)材料已成為新材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。智能材料是指能模仿生命系統(tǒng)同時(shí)具有感知和激勵(lì)雙重功能的材料。自診斷與自修復(fù)是智能材料的重要功能。自愈合是生物的重要特征之一；自愈合的核心是物質(zhì)補(bǔ)給與能量補(bǔ)給，其過(guò)程由生長(zhǎng)活性因子來(lái)完成。基于這個(gè)原理仿照生物體損傷愈合的原理，可開(kāi)發(fā)研制出智能自修復(fù)材料。1智能自修復(fù)材料的自修復(fù)原理智能自修復(fù)材料能夠感受外界環(huán)境的變化，集感知、驅(qū)動(dòng)和信息處理于一體，形成類(lèi)似于生物體

3、那樣的具有自感知、自診斷、自修復(fù)功能的材料。當(dāng)今應(yīng)用比較廣泛的是采用內(nèi)置膠囊、空心纖維或液芯光纖的來(lái)進(jìn)行仿生自修復(fù)。將內(nèi)含粘接劑的空心膠囊或玻璃纖維滲入材料中，一旦材料在外力作用下發(fā)生開(kāi)裂，部分膠囊或纖維破裂，粘接液流出深入裂紋，粘接液江蘇紡織4412／2004可使材料裂紋重新愈合。或者空心膠囊或玻璃纖維內(nèi)部?jī)?nèi)含一種催化劑或促進(jìn)劑，一旦材料在外力作用下發(fā)生開(kāi)裂，部分膠囊或纖維破裂，催化劑或促進(jìn)劑流出從而促使材料內(nèi)部產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而自動(dòng)愈合。內(nèi)置膠囊的仿生自修復(fù)機(jī)理示意圖如圖一所示。內(nèi)置空心玻璃纖維自修復(fù)材料示意圖如圖二所示。隔o0Do．Oo'ol1．。。苫．。．IIo’o·

4、V‘I叫餮II￡=二!』E1．bc圖一內(nèi)置膠囊仿生自修復(fù)機(jī)理示意圖a內(nèi)含修補(bǔ)劑的膠囊分散于材料內(nèi)；b發(fā)生裂紋后使膠囊破裂，修復(fù)劑或催化劑等流出；c流出的修補(bǔ)劑來(lái)修復(fù)裂紋或者催化劑促使材料內(nèi)部產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而自動(dòng)愈合。圖二內(nèi)置空心玻璃纖維自修復(fù)材料示意圖修復(fù)機(jī)理：將內(nèi)含修補(bǔ)劑的玻璃纖維埋置于材料內(nèi)，發(fā)生裂紋后，纖維斷裂，修復(fù)劑流出萬(wàn)方數(shù)據(jù)來(lái)修復(fù)裂紋或者催化劑促使材料內(nèi)部產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而自動(dòng)愈合。2智能自修復(fù)材料的發(fā)展及應(yīng)用2．1自修復(fù)聚合物一種新型韌性聚合物材料當(dāng)逐漸地加熱時(shí)可以修復(fù)它自己的裂縫。洛杉磯加利福尼亞大學(xué)的化學(xué)教授及合作者創(chuàng)造出一種大分子的網(wǎng)狀物，它的主鏈通過(guò)熱可逆

5、的共價(jià)鍵完全連接。該聚合物通過(guò)一種含有四個(gè)呋喃二烯單元的化合物(如圖三中a所示)與一個(gè)帶有三個(gè)馬來(lái)酰亞胺二烯親合體的胺(如圖三中b所示)進(jìn)行Diels—alder環(huán)加成反應(yīng)而形成。最后所得到的透明固體和工業(yè)上的交聯(lián)環(huán)氧樹(shù)脂及不飽和聚酯同樣堅(jiān)固。通過(guò)加熱該材料到120。150℃，裂縫的樣品可以修復(fù)到幾乎達(dá)到它們?cè)瓉?lái)的強(qiáng)度。隨著裂縫擴(kuò)展，使在一Diels—alder反應(yīng)中分開(kāi)的呋喃與馬來(lái)酰亞胺單元再結(jié)合。不像以前所報(bào)道的自修復(fù)聚合物，這種新材料不需要額外的單體或催化劑。在其它應(yīng)用中，它可以用于由于重復(fù)通——斷循環(huán)使溫度不斷變化而易于裂縫的電子元件。c個(gè)cJe飛L圖三b2．2紡

6、織品的自修復(fù)美國(guó)發(fā)明了一種具有自修復(fù)功能的中空纖維，這種中空纖維含有一種修正調(diào)節(jié)劑，在受到內(nèi)部或外部刺激下可釋放調(diào)節(jié)劑，當(dāng)紡織品受力產(chǎn)生裂紋時(shí)，中空纖維釋放化學(xué)藥劑可粘合裂紋。該技術(shù)已獲美國(guó)專(zhuān)利。2．3材料的自修復(fù)自修復(fù)不僅在紡織上得到較好廣泛的運(yùn)用，在其它方面也得到一定的發(fā)展，如金屬磨損自修復(fù)，混凝土自修復(fù)、采用空心光纖的智能材料自修復(fù)，采用形狀記憶合金增強(qiáng)智能材料結(jié)構(gòu)的自修復(fù)。3結(jié)束語(yǔ)智能自修復(fù)材料對(duì)于提高產(chǎn)品的安全性和可靠性有著深遠(yuǎn)的意義。在材料已經(jīng)投入使用就不可能對(duì)其修復(fù)或修復(fù)不現(xiàn)實(shí)的情況下，這種方法應(yīng)該能夠表現(xiàn)出其特殊的優(yōu)勢(shì)。外太空探索飛行器、人造衛(wèi)星、火箭發(fā)動(dòng)

7、機(jī)的元件以及移植人造器官方面將是這種技術(shù)的首選應(yīng)用場(chǎng)合。此外，這種自修復(fù)智能材料今后在空間站建設(shè)、橋梁建設(shè)等工程中也有望一試身手。盡管智能自修復(fù)材料的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，研究工作在許多方面有待于新的突破，但它依然前景光明，并會(huì)像計(jì)算機(jī)芯片那樣引起人們的重視，推動(dòng)諸多方面的技術(shù)進(jìn)步，開(kāi)拓新的學(xué)科領(lǐng)域并引起材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想的重大變革．參考文獻(xiàn)1NewnhamRE，RuschauGR．JIntelligentMaterialSystemsandStructures，1993，4(2)：289．2HastingsGWMahmudEA