80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

搜索：  
北化曹鵬飛教授 Mater. Horiz.：外力觸發(fā)超強(qiáng)粘附力的自修復(fù)彈性體
2023-12-09  來源：高分子科技

  彈性體在許多未來的先進(jìn)技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用，在這些技術(shù)中，彈性體的粘合性能決定了材料的界面性能。盡管在改善彈性體的粘合性能方面取得了巨大成功，但永久性粘合劑因?yàn)榘惭b方法的不同往往會(huì)過早地粘附在表面上或?qū)е陆佑|不良。然而，基于紫外光或熱的按需觸發(fā)需要對應(yīng)的外部資源，并往往局限于此。因此，具有不限于用UV光或熱觸發(fā)的按需粘附的彈性體為常規(guī)粘合彈性體中的各種應(yīng)用挑戰(zhàn)提供了解決方案。



  近日，北京化工大學(xué)曹鵬飛教授團(tuán)隊(duì)在Materials Horizons期刊上發(fā)表了最新論文” Ductile Adhesive Elastomers with Force-Triggered Ultra-High Adhesion Strength”。該論文作者報(bào)告了一種新型的即用型、超高強(qiáng)度、可延展粘合彈性體，并且其按需粘附性能可以很容易地通過外力觸發(fā)。由微囊分離的雙組分體系在觸發(fā)并固化后，粘合彈性體的剝離強(qiáng)度和搭接剪切強(qiáng)度分別達(dá)到了1.2×104 N/m和7.8×103kPa，超過了已知的先進(jìn)粘合彈性體材料。該超高粘附力歸因于前驅(qū)體對粘附表面的良好接觸以及通過兩相設(shè)計(jì)增強(qiáng)的固化彈性體的高彈性模量。該按需粘附可以在安裝和固化之間實(shí)現(xiàn)可控的延遲，使其發(fā)生在各自的理想條件下，從而有效地降低能源成本、防止故障并改善操控性。 


圖1. 粘合彈性體的設(shè)計(jì)及應(yīng)用策略


1. 粘合彈性體的合成以及調(diào)整觸發(fā)力


  基于對固化速率，彈性體機(jī)械性能以及可擴(kuò)大生產(chǎn)的考慮，團(tuán)隊(duì)采用了二苯基甲烷二異氰酸酯預(yù)聚物(MDI-prepolymer)，和聚丙二醇二胺(PPG-diamine)以及甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸乙基己酯無規(guī)共聚物聚（Poly MMA-r-BA-r-EHA）作為前驅(qū)體， 并對MDI-prepolymer進(jìn)行了微囊封裝以實(shí)現(xiàn)可外力觸發(fā)的粘附功能（圖1）。FT-IR和DSC表征了微囊殼層的化學(xué)特征結(jié)構(gòu)以及微囊內(nèi)部仍具反應(yīng)活性的MDI-prepolymer（圖2A）。微囊尺寸可通過改變分散聚合法的攪拌速度和反應(yīng)時(shí)間來進(jìn)行控制，在200-1000 RPM 之間，團(tuán)隊(duì)獲得了10-900 微米不等的微囊（圖2B）。這種可控的尺寸將影響1）破壞微膠囊并引發(fā)固化反應(yīng)所需的力 以及2）釋放的反應(yīng)劑在聚合物基質(zhì)中的分散。基于對不同壓力下微囊的破裂狀態(tài)和固化所得的粘附力進(jìn)行篩選，在300 RPM下合成的微囊需要500 N的壓縮力（作用于10cm2模具）。團(tuán)隊(duì)觀察到，在500 N下，剝離強(qiáng)度顯著增加（500%）。而在200-RPM下合成的微囊只需要較小的觸發(fā)力（150 N）卻展現(xiàn)相對較差的粘附性能。另一方面，Poly MMA-r-BA-r-EHA，作為聚合物基體，提高了彈性體在力觸發(fā)固化之前的界面粘附性能以及使用壽命。 



圖2和3. 微囊和聚合物基質(zhì)的結(jié)構(gòu)及性能表征（左圖2，右圖3）


2. 粘合彈性體的機(jī)械和粘彈性能


  機(jī)械性能方面，固化后的粘合彈性體其最大拉伸應(yīng)力和斷裂伸長率分別可達(dá) 1.75 MPa和223%。然后團(tuán)隊(duì)使用 DMA 溫度掃描進(jìn)一步研究了其粘彈性。相角結(jié)果清楚表明，由于固化的延性聚脲彈性體網(wǎng)絡(luò)的失透，在 -25 °C 到 0 °C 之間，彈性體的聚脲網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了玻璃化轉(zhuǎn)變，并且這相對較低的Tg是由于其聚醚鏈基體分子量較高導(dǎo)致的，從而避免了過高的剛性。從 0 到 75 °C，彈性體展現(xiàn)出隨溫度變化的彈性區(qū)域，其中特征彈性模量約為 40 MPa。該彈性模量比常規(guī)的高分子橡膠態(tài)模量至少高 10 倍，并增強(qiáng)了粘合彈性體的內(nèi)聚力。其可能是由相分離的高度交聯(lián)的微囊殼引起的機(jī)械強(qiáng)化，而相角譜中110℃處的高溫轉(zhuǎn)變峰表明了該相分離的存在，并且該溫度與微囊殼的Tg一致。 


圖4. 固化彈性體的粘附性能表征


3. 粘合彈性體的應(yīng)用


  已知的研究以及商業(yè)產(chǎn)品技術(shù)手冊已經(jīng)充分闡述了濕氣或光觸發(fā)很容易受到環(huán)境濕度或光的干擾。而機(jī)械力觸發(fā)既不易受環(huán)境條件干擾又易于用戶操作。但同樣機(jī)械力觸發(fā)的壓敏膠與粘合彈性體有著本質(zhì)的不同。前者不發(fā)生化學(xué)變化產(chǎn)生粘附，而是通過粘彈特征的變化粘附在表面。此外，壓敏膠的厚度限制了其在粗糙表面上的表現(xiàn)。相反，粘合彈性體的力觸發(fā)策略涉及了化學(xué)固化過程，其大幅度提高了粘附所需的內(nèi)聚力。此外，前驅(qū)體可以實(shí)現(xiàn)不同的厚度以及柔軟性并有助于適應(yīng)各種表面條件。團(tuán)隊(duì)使用了符合ASTM C794和C961標(biāo)準(zhǔn)的測試方法來研究粘合彈性體的粘附力（圖4 A和B）。在室溫下固化后，鋁和木材基材的剝離強(qiáng)度（拉伸速率為50 mm/min）分別為1.2×104 N/m和7.5×10^3 N/m。鋁和木材基材的搭接剪切強(qiáng)度（拉伸速率為12.7 mm/min）分別為2.1×103和7.8×103 kPa。該結(jié)果超過了已知的先進(jìn)粘合彈性體材料（圖5）。這種超高的粘附力可以解釋為以下兩個(gè)原因。首先，彈性模量比常規(guī)橡膠高至少10倍，提供了增強(qiáng)的內(nèi)聚力。其次，前驅(qū)體在安裝時(shí)呈現(xiàn)類液態(tài)的狀態(tài)，允許其很好地接觸并潤濕界面。這種按需粘接的特性對于預(yù)制件施工具有很大的潛力，因?yàn)榍膀?qū)體可以在觸發(fā)固化之前非常容易地預(yù)裝在模塊接頭上，從而有效地降低勞動(dòng)力和能源成本，并減輕運(yùn)輸和安裝過程中的損壞。為了證明潛在的應(yīng)用價(jià)值，團(tuán)隊(duì)將前驅(qū)體安裝在一種預(yù)制溝槽接頭（圖6A），其固化后的彈性體可以承受4桶水的重量，大約80公斤（圖6B）。 


圖5. 目前報(bào)道的先進(jìn)延展性粘合劑彈性體的粘合性能總結(jié)


圖6. 粘合彈性體的超強(qiáng)粘附力以及應(yīng)用實(shí)例。


  該論文作者報(bào)導(dǎo)了一種新穎的粘合彈性體設(shè)計(jì)，其超強(qiáng)粘附力可以便捷地通過外力觸發(fā)。據(jù)報(bào)導(dǎo)，該粘合彈性體的剝離粘附強(qiáng)度和剪切粘附強(qiáng)度分別達(dá)到了1.2×104 N/m和7.8×103 kPa，均超過了已知的先進(jìn)粘合彈性體材料。該材料設(shè)計(jì)利用了微囊分離技術(shù)以實(shí)現(xiàn)雙組分聚脲彈性體的可控固化，并利用自修復(fù)高分子增強(qiáng)了前驅(qū)體的粘附性能和使用壽命。因此，微囊外殼對彈性體的彈性模量進(jìn)行了機(jī)械強(qiáng)化，達(dá)到了比常規(guī)橡膠高至少10倍的模量，并提供了增強(qiáng)的內(nèi)聚力。其次，前驅(qū)體在安裝時(shí)呈現(xiàn)類液態(tài)的狀態(tài)，允許其很好地接觸并潤濕界面。除此之外，其觸發(fā)力的可控性也可通過調(diào)節(jié)微囊的分散合成條件來實(shí)現(xiàn)。這種按需粘附的特性十分利于降低勞動(dòng)力和能源成本，并減輕運(yùn)輸和安裝過程中的損壞。為了證明潛在的應(yīng)用價(jià)值，作者展示了一種安裝了其前驅(qū)體的預(yù)制溝槽接頭（圖6A），其觸發(fā)固化后可以承受4桶飲用水的重量。該研究闡明了按需觸發(fā)粘附對先進(jìn)彈性體材料的重要性，并展示了其遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)壓敏膠或粘合彈性體的粘附性能。
橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室趙驍博士為論文第一作者，北京化工大學(xué)曹鵬飛教授以及橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室Saito和Hun博士為論文共同通訊作者。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3MH01280H

版權(quán)與免責(zé)聲明：中國聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章？锘蛎襟w如需轉(zhuǎn)載，請聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。
（責(zé)任編輯：xu）
【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】

誠邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞