聚合物基自修復復合材料是以聚合物為基體的，在受外界作用后能做出自我診斷，并對裂紋或損傷能進行一定程度地修復的復合材料。自然界中許多生物體在受到損傷后能自主診斷和修復，由此美國軍方在八十年代中期首先提出具有自診斷、自修復功能的智能復合材料這一概念。此后，這一領域很快就成為各國研究的重點之一.

 

 

       自修復功能實現(xiàn)的核心是能量供給和物質供給。根據(jù)物質和能量供給方式的不同，自修復體系可分為埋植式修復和原位式修復。根據(jù)修復劑的釋放條件與方式的不同，又可分為主動模式與被動模式。

 

       埋植式的修復將修復劑埋植于聚合物基體中，在感受到外界的作用之后，釋放出修復劑，由于毛細現(xiàn)象使得修復劑在整個裂紋中擴散，然后按某種機制粘合裂紋。其中主動模式的修復體系需要人為主動地用熱、光等外界作用使裂紋修復。而被動模式的修復體系在受外界力場的作用下，埋植的纖維會發(fā)生破裂，使修復劑釋放到裂紋區(qū)，從而修復裂紋。

 

       原位式修復體系是指在外界不加入任何修復介質的情況下，材料體系在外界作用下就能自主進行修復的系統(tǒng)。

 

 

       原位式修復體系雖然不用外加其他物質，但它要求復合材料本身具有能自我修復的機制，所以這種修復方式的應用范圍有限。而埋植式修復體系只需通過在現(xiàn)有材料的基礎上埋植修復劑體系即可實現(xiàn)，因而更有靈活性和實用性。其中被動模式由于不用人的參與，材料能自主做出反應，更加具有智能性。

 

      White等設計了如圖1所示的復合材料體系。在微膠囊中包入修復單體，在基體中分散能使修復單體聚合的催化劑。當復合材料受外力作用下產生的裂紋發(fā)展到微膠囊表面并使微膠囊破裂，由于毛細作用，修復單體充滿到微裂紋內部，當發(fā)展的裂紋碰到基體中分布的催化劑時，修復劑發(fā)生聚合，從而修復裂紋，使材料性能得到一定程度的恢復。

 

       在這樣一種體系中必須滿足的隱含條件有：①裂紋被引發(fā)后能發(fā)展到微膠囊表面，并有足夠的能量使微膠囊發(fā)生破裂：②催化劑在基體中的分散不影響催化劑的活性和穩(wěn)定性：③催化劑在基體中足夠多，無論在什么地方出現(xiàn)了微裂紋，修復單體都能被引流至催化劑周邊：④催化劑有足夠的活性能引發(fā)修復單體的聚合，并且這種聚合反應活性點能傳遞到整個裂紋區(qū)域：⑤微膠囊與催化劑的加入不能造成復合材料性能的明顯下降；⑥這種修復過程進行后對復合材料的性能有一定程度的恢復。

 

      Kessler等對這一自修復體系進行了驗證。將修復單體雙環(huán)戊二烯(DCPD)用脲醛樹脂為囊壁的微膠囊包覆后與Grubb s催化劑分散于環(huán)氧基體當中。結果表明，破裂后在微膠囊附近確實有D CI:D的流出并發(fā)生了聚合。在室溫下修復48小時，平均修復率為38%，最大修復率為45%;而在80。C下修復時則分別提高到66%和80%。

 

 

       上述體系有以下不足：①催化劑分散在基體中，微膠囊破裂后，要保證單體接觸到催化劑，則基體中必須到處都有較大濃度的催化劑，催化劑的利用效率會很低。②烯烴聚合后與基體不存在化學鍵合，界面粘結力弱，修復后強度較低。③GIubb s催化劑埋植于基體中，催化活性會在一定程度上下降。

 

       為了解決這些問題，我們提出一種新的自修復體系（見圖2）。將同時含有乙烯基硅和硅氫鍵的有機硅單體，包在微膠囊里，分散在玻璃纖維增強的聚合物基復合材料里，玻璃纖維的表面進行過修飾而帶有乙烯基硅和Karstedt催化劑。當材料受到外力作用產生裂紋時月交囊破裂，膠囊里的化合物流向基質，并隨裂紋的發(fā)展流向玻璃纖維表面，碰到玻璃纖維表面的Karste dt催化劑時，有機硅單體發(fā)生硅氫化交聯(lián)反應，產生交聯(lián)網(wǎng)絡而填充裂紋，并鍵合在玻璃纖維的表面，以修補裂紋，恢復材料原有的機械性能。

 

       這一體系有三個顯著的特點：①Ka rsted t催化劑有良好的穩(wěn)定性能，對環(huán)境不敏感，而且無色透明，能應用在無色透明或淺色的高分子體系中：②催化劑修飾在玻璃纖維表面而不是在基體中，裂紋的發(fā)展必然是要到達玻璃纖維表面的，所以催化劑的使用效率將大大提高：③聚合物基復合材料的界面是材料的薄弱環(huán)節(jié)，將Karstedt催化劑修飾在玻璃纖維的表面，有機硅的交聯(lián)聚合反應在此表面發(fā)生，將使自修復的效果更明顯。