Poly(urea-urethan)Rediger

et blødt Poly(urea-urethan) netværk bruger metatesereaktionen i aromatiske disulfider til at tilvejebringe selvhelbredende egenskaber ved stuetemperatur uden behov for eksterne katalysatorer. Denne kemiske reaktion er naturligvis i stand til at skabe kovalente bindinger ved stuetemperatur, hvilket gør det muligt for polymeren autonomt at heles uden en ekstern energikilde. Efterladt til hvile ved stuetemperatur reparerede materialet sig med 80 procent effektivitet efter kun to timer og 97 procent efter 24 hours.In 2014 et polyureaelastomerbaseret materiale viste sig at være selvhelende og smeltede sammen efter at være skåret i halvdelen uden tilsætning af katalysatorer eller andre kemikalier. Materialet omfatter også billige kommercielt tilgængelige forbindelser. Elastomermolekylerne blev justeret, hvilket gjorde bindingerne mellem dem længere. De resulterende molekyler er lettere at trække fra hinanden og bedre i stand til at rebondere ved stuetemperatur med næsten samme styrke. Rebonding kan gentages. Stretchy, selvhelbredende maling og andre belægninger tog for nylig et skridt tættere på almindelig brug takket være forskning, der blev udført ved University of Illinois. Forskere der har brugt” off-the-shelf ” komponenter til at skabe en polymer, der smelter sammen igen efter at være skåret i halvdelen uden tilsætning af katalysatorer eller andre kemikalier.

urinstof-urethanpolymererne har imidlertid glasagtige overgangstemperaturer under 273 K, derfor ved stuetemperatur er de geler, og deres trækstyrke er lav. For at optimere trækstyrken skal den reversible bindingsenergi eller polymerlængden øges for at øge graden af henholdsvis kovalent eller mekanisk sammenkobling. Forøg polymerlængden hæmmer imidlertid mobiliteten og forringer derved polymers evne til at re-reversibelt binde. Således findes der ved hver polymerlængde en optimal reversibel bindingsenergi.

VitrimersEdit

Vitrimers er en delmængde af polymerer, der bygger bro mellem termoplast og termosæt. Deres afhængighed af dissociativ og associativ udveksling inden for dynamiske kovalente tilpasningsdygtige netværk giver mulighed for adgang til en række kemiske systemer, der muliggør syntese af mekanisk robuste materialer med evnen til at blive oparbejdet mange gange, samtidig med at deres strukturelle egenskaber og mekaniske styrke opretholdes. Det selvhelbredende aspekt af disse materialer skyldes bindingsudvekslingen af tværbundne arter som et svar på anvendte eksterne stimuli, såsom varme. Dissociativ udveksling er den proces, hvormed tværbindinger brydes før rekombination af tværbindingsarter og derved genvinder tværbindingstætheden efter udveksling. Eksempler på dissociativ udveksling inkluderer reversible pericykliske reaktioner, nukleofil transalkylering og aminal transaminering. Associativ udveksling involverer substitutionsreaktionen med et eksisterende tværbind og tilbageholdelse af tværbindinger gennem hele udvekslingen. Eksempler på associativ udveksling inkluderer transesterificering, transaminering af vinylogøse urethanerog transaminering af diketoneaminer. Vitrimere, der besidder nanoskala-morfologi, undersøges ved hjælp af blokcopolymer-vitrimere i sammenligning med statistiske copolymer-analoger for at forstå virkningerne af selvmontering på valutakurser, viskoelastiske egenskaber og oparbejdbarhed. Bortset fra genbrug viser vitrimer-materialer løfte om applikationer inden for medicin, for eksempel selvhelbredelig bioepoksi, og applikationer i selvhelbredende elektroniske skærme. Mens disse polymere systemer stadig er i deres barndom, tjener de til at producere kommercielt relevante, genanvendelige materialer i den kommende fremtid, så længe der gøres mere arbejde for at skræddersy disse kemiske systemer til kommercielt relevante monomerer og polymerer, samt udvikle bedre mekanisk test og forståelse af materialegenskaber gennem disse materialers levetid (dvs.efter oparbejdningscyklusser).copolymerer med van Der Vaals kraft

Hvis forstyrrelse af van Der Vaals kræfter ved mekanisk skade er energisk ugunstig, vil interdigiterede alternerende eller tilfældige copolymer motiver selvhelbredes til en energisk mere gunstig tilstand uden ekstern intervention. Denne selvhelbredende adfærd forekommer inden for et relativt snævert kompositionsområde afhængig af et viskoelastisk respons, der energisk favoriserer selvgendannelse ved kædeseparation på grund af ‘nøgle-og-lås’-foreninger af de nærliggende kæder. I det væsentlige stabiliserer Van Der Vaals kræfter nabokopolymerer, hvilket afspejles i forbedrede cohesive-energy density (CED) værdier. Urban osv. illustrerer, hvordan inducerede dipolinteraktioner for alternerende eller tilfældige poly(methylmethacrylat-alt-ran-n-butylacrylat) (p(MMA-alt-ran-nBA)) copolymerer på grund af retningsbestemte Van Der-Vejkræfter kan forbedre CED ved ligevægt (Cedek) af sammenfiltrede og side-by-side copolymer kæder.

ekstrinsiske polymerbaserede systemeredit

i ekstrinsiske systemer adskilles helingskemikalierne fra den omgivende polymer i mikrokapsler eller vaskulære netværk, som efter materiel skade / revner frigiver deres indhold i revneplanet, reagerer og tillader gendannelse af materialefunktionaliteter.Disse systemer kan yderligere opdeles i flere kategorier. Mens kapselbaserede polymerer sekvestrerer helingsmidlerne i små kapsler, der kun frigiver agenterne, hvis de brydes, sekvestrerer vaskulære selvhelbredende materialer helingsmidlet i hule kapillære kanaler, der kan forbindes en dimensionelt, to dimensionelt eller tredimensionelt. Når en af disse kapillærer er beskadiget, kan netværket genopfyldes af en ekstern kilde eller en anden kanal, der ikke blev beskadiget. Iboende selvhelbredende materialer har ikke et sekvestreret helbredende middel, men har i stedet en latent selvhelbredende funktionalitet, der udløses af skader eller af en ekstern stimulus. Ekstrinsiske selvhelbredende materialer kan opnå helbredende effektivitet over 100%, selv når skaden er stor.

Microcapsule healingEdit

Kapselbaserede systemer har det til fælles, at helingsmidler indkapsles i egnede mikrostrukturer, der brister ved revnedannelse og fører til en opfølgningsproces for at gendanne materialernes egenskaber. Hvis kapselens vægge er skabt for tykke, kan de ikke bryde, når revnen nærmer sig, men hvis de er for tynde, kan de briste prematurely.In for at denne proces skal ske ved stuetemperatur, og for at reaktanterne forbliver i en monomer tilstand i kapslen, er en katalysator også indlejret i termohærdningen. Katalysatoren sænker reaktionens energibarriere og tillader monomeren at polymerisere uden tilsætning af varme. Kapslerne (ofte lavet af voks) omkring monomeren og katalysatoren er vigtige for at opretholde adskillelse, indtil revnen Letter reaction.In kapselkatalysatorsystemet, det indkapslede helingsmiddel frigives i polymermatricen og reagerer med katalysatoren, der allerede er til stede i matricen.Der er mange udfordringer ved at designe denne type materiale. For det første skal katalysatorens reaktivitet opretholdes, selv efter at den er indesluttet i voks. Derudover skal monomeren strømme med en tilstrækkelig hastighed (har lav nok viskositet) til at dække hele revnen, før den polymeriseres, eller Fuld helingskapacitet nås ikke. Endelig skal katalysatoren hurtigt opløses i monomeren for at reagere effektivt og forhindre revnen i at sprede sig yderligere.

denne proces er blevet påvist med dicyclopentadien (DCPD) og Grubbs’ katalysator (dichloruthenium). Både dcpd og Grubbs’ katalysator er indlejret i en epoksisharpiks. Monomeren alene er relativt ureaktiv, og polymerisering finder ikke sted. Når en mikrokrak når både kapslen indeholdende DCPD og katalysatoren, frigives monomeren fra kerneskallens mikrokapsel og kommer i kontakt med eksponeret katalysator, hvorpå monomeren gennemgår ringåbningsmetatesepolymerisering (boltre). Monomerens metatesreaktion involverer afbrydelsen af de to dobbeltbindinger til fordel for nye obligationer. Tilstedeværelsen af katalysatoren tillader, at energibarrieren (aktiveringsenergi) sænkes, og polymerisationsreaktionen kan fortsætte ved stuetemperatur. Den resulterende polymer gør det muligt for kompositmaterialet at genvinde 67% af dets tidligere styrke.Grubbs ‘ katalysator er et godt valg for denne type system, fordi den er ufølsom over for luft og vand og dermed robust nok til at opretholde reaktivitet i materialet. Brug af en levende katalysator er vigtig for at fremme flere helbredende handlinger. Den største ulempe er omkostningerne. Det blev vist, at anvendelse af mere af katalysatoren svarede direkte til højere grad af heling. Ruthenium er ret dyrt, hvilket gør det upraktisk til kommercielle applikationer.

i modsætning hertil er både katalysatoren og helingsmidlet indkapslet i forskellige kapsler. I et tredje system, kaldet latent funktionalitet, indkapsles et helingsmiddel, der kan reagere med polymerisatorkomponenten, der er til stede i matricen i form af resterende reaktive funktionaliteter. I den sidste tilgang (faseseparation) er enten helingsmidlet eller polymerisatoren fasesepareret i matricen materiale.

vaskulære tilgangeredit

de samme strategier kan anvendes i 1D, 2D og 3D vaskulære baserede systemer.

hulrør nærmet sigdet

til den første metode er skrøbelige glaskapillærer eller fibre indlejret i et kompositmateriale. (Bemærk: Dette er allerede en almindeligt anvendt praksis til styrkelse af materialer. Se fiberforstærket plast.) Det resulterende porøse netværk er fyldt med monomer. Når der opstår skader i materialet fra regelmæssig brug, knækker rørene også, og monomeren frigives i revnerne. Andre rør, der indeholder et hærdningsmiddel, knækker også og blandes med monomeren, hvilket får revnen til at blive helet. Der er mange ting, der skal tages i betragtning, når der indføres hule rør i en krystallinsk struktur. Først at overveje er, at de oprettede kanaler kan kompromittere materialets bærende evne på grund af fjernelse af bærende materiale. Kanaldiameteren, forgreningsgraden, placeringen af grenpunkter og kanalorientering er også nogle af de vigtigste ting, man skal overveje, når man opbygger mikrokanaler i et materiale. Materialer, der ikke behøver at modstå meget mekanisk belastning, men ønsker selvhelbredende egenskaber, kan introducere flere mikrokanaler end materialer, der er beregnet til at være bærende. Der er to typer hule rør: adskilte kanaler og indbyrdes forbundne kanaler.

diskrete kanalerredit

diskrete kanaler kan bygges uafhængigt af materialets opbygning og placeres i et array i hele materialet. Når du opretter disse mikrokanaler, er en vigtig faktor, der skal tages i betragtning, at jo tættere rørene er sammen, jo lavere vil styrken være, men jo mere effektiv vil genopretningen være. En smørrebrødsstruktur er en type diskrete kanaler, der består af rør i midten af materialet og heler udad fra midten. Stivheden af smørestrukturer er høj, hvilket gør det til en attraktiv mulighed for trykkamre. For det meste i smørestrukturer opretholdes materialets styrke sammenlignet med vaskulære netværk. Materialet viser også næsten fuld genopretning fra skade.

sammenkoblede netværkredit

sammenkoblede netværk er mere effektive end diskrete kanaler, men er sværere og dyrere at oprette. Den mest grundlæggende måde at oprette disse kanaler på er at anvende grundlæggende bearbejdningsprincipper for at skabe mikroskala kanalriller. Disse teknikker giver kanaler fra 600-700 mikrometer. Denne teknik fungerer godt på det todimensionale plan, men når de prøver at skabe et tredimensionelt netværk, er de begrænsede.

direkte blækskrivningredit

teknikken til direkte Blækskrivning er en kontrolleret ekstrudering af viskoelastiske blæk for at skabe tredimensionelle sammenkoblede netværk. Det fungerer ved først at indstille organisk blæk i et defineret mønster. Derefter infiltreres strukturen med et materiale som en Epoksi. Denne Epoksi størkner derefter, og blækket kan suges ud med et beskedent vakuum, hvilket skaber de hule rør.

Carbon nanorør netværkredit

gennem opløsning af en lineær polymer inde i en fast tredimensionel epoksimatrice, så de er blandbare for hinanden, bliver den lineære polymer mobil ved en bestemt temperatur, når carbon nanorør også inkorporeres i Epoksi-materiale, og en jævnstrøm løber gennem rørene, indikerer et signifikant skift i sensingkurve permanent skade på polymeren og dermed ‘sensing’ en revne. Når kulstofnanorørene mærker en revne i strukturen, kan de bruges som termiske transporter til opvarmning af matricen, så de lineære polymerer kan diffundere for at udfylde revnerne i epoksismatricen. Således helbredelse af materialet.

SLIPSEdit

en anden tilgang blev foreslået af Prof. J. Aisenberg fra Harvard University, der foreslog at bruge glatte Væskeinfuserede porøse overflader (glider), et porøst materiale inspireret af den kødædende kandeplante og fyldt med en smørevæske, der ikke kan blandes med både vand og olie. SLIPS har selvhelbredende og selvsmørende egenskaber såvel som icephobicitet og blev med succes anvendt til mange formål.

syning af Offertrådredit

organiske tråde (såsom polylactidfilament for eksempel) sys gennem laminatlag af fiberforstærket polymer, som derefter koges og støvsuges ud af materialet efter hærdning af polymeren og efterlader tomme kanaler, end der kan fyldes med helingsmidler.