摘要
相变微胶囊，作为一种功能性材料，常与环氧树脂、石膏和泡沫等基体材料混合，形成用于节能调温的相变储能复合材料，在建筑、航空航天和纺织等领域具有广阔的应用前景。然而，在实际工程应用中，由于相变微胶囊力学强度不足以及微胶囊与基体间较差的结合，在相变热应力和外部载荷的作用下，相变微胶囊易与基体分离，甚至破裂，内部缺陷形成，显著降低复合材料力学性能，影响服役耐久性和安全性。因此，微胶囊单体破坏强度和微胶囊/基体界面结合强度是增强复合材料力学性能和寿命的关键。 本文基于稳定的微胶囊制备工艺，以改性二氧化钛（TiO2）粒子作为无机纳米填料，尝试合成一种更坚固的有机-无机杂化壁材微胶囊。再以相变微胶囊作功能粒子，与环氧树脂混合形成相变微胶囊复合材料，研究其微观破坏模式，探索复合材料强化机理，为复合材料强化提供参考。具体研究内容及结果如下： （1）以密胺树脂（melamineformaldehyderesin,MF）作壁材，正十八烷作芯材，基于原位聚合法，将制备过程分为预聚体合成、油/水乳液制备和微胶囊成形三部分。结合理论分析和实验验证，对各部分工艺参数影响进行研究，揭示工艺参数影响规律，综合选取最优参数，发现一种稳定制备方案，为后续MF/TiO2杂化壁材微胶囊（MF/TiO2微胶囊）制备提供模板。 （2）利用三种硅烷偶联剂（KH550、KH560、KH570）对TiO2纳米粒子表面改性，物性分析表明，KH560改性TiO2粒子同累计分布下粒径最小，粒径分布范围窄，稳定性良好。以改性TiO2粒子作为无机纳米填料，基于上述最优制备方案，从预聚体体系添加，成功制备MF/TiO2微胶囊。随着改性粒子添加量提高，微胶囊破裂强度呈现先增大后减小的趋势。当改性粒子掺杂量为6wt.%时，相比于MF微胶囊，MF/TiO2微胶囊平均破裂强度提高了45.0%。 （3）将MF/TiO2微胶囊与环氧树脂复合，制备不同微胶囊含量的相变微胶囊复合材料。拉伸试验结果显示，复合材料力学强度随微胶囊含量升高而降低。随着改性TiO2粒子含量的提高，复合材料力学强度先增大后减小。当微胶囊含量为15wt.%，改性TiO2粒子为6wt.%时，复合材料平均抗拉强度相比于MF微胶囊复合材料提高25.1%。拉伸断面微观形貌表明，MF/TiO2微胶囊复合材料破坏主要为微胶囊破裂，改性粒子的掺杂增大了微胶囊与基体间的结合强度。最终，微胶囊单体强度的提高和界面结合强度的改善增强了复合材料力学强度。 综上所述，本文成功合成了一种有机-无机杂化壁材微胶囊，通过同时提高微胶囊单体破坏强度和微胶囊/基体界面结合强度，实现了复合材料力学性能的强化。本研究揭示了复合材料强化机理，为微胶囊工艺改进提供理论指导，对于合成高强度的相变微胶囊复合材料具有很好的参考价值。
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