摘要
导电聚氨酯复合材料因在具备优异的导电性能的同时兼具聚氨酯材料的韧性和强度，而受到广泛关注和研究。然而导电聚氨酯材料在生产或使用的过程中难免会受到损伤。为了延长导电材料的使用寿命，提高安全可靠性，同时能够节约资源和保护环境，给导电聚氨酯复合材料赋予自修复性能是非常有必要的。复合型导电聚氨酯材料在可穿戴柔性电子器件、软质机器人、柔性人机交互界面等领域广泛使用，故研究兼具修复性能和导电性能的自修复导电聚氨酯复合材料是非常有价值的。 本论文主要通过化学改性还原的方法在氧化石墨烯和羧基化碳纳米管表面接枝特定的官能团，并将其和可逆共价键引入聚氨酯的主链或端基上，以实现聚氨酯复合材料同时具备修复性能和导电性能。本论文的主要研究内容和结论如下: (1)以二乙烯三胺为改性还原剂，制备了表面含有胺基的RGO和RCNTs。通过FTIR谱图、XRD谱图证明了填料的成功改性。通过改变糠胺的含量，合成一系列DA含量不同的聚氨酯材料，并根据修复性能和拉伸性能筛选合适的配方用以制备复合材料。采用原位聚合法合成了一系列纳米填料含量不同的自修复导电聚氨酯复合材料，并通过红外分析证明了合成产物为目标产物。热重分析结果表明纳米填料有助于提高复合材料的耐热性，其开始分解温度在240℃左右。拉伸性能测试发现当RGO含量为5wt％时，复合材料依然有60％以上的修复效率。电性能测试表明复合材料具备良好的导电性能(当RGO含量为5wt％时，其电导率为0.00520S·m-1)、应变响应性能、高灵敏度(GF=10.17)和可循环性能，并且能够很好地对手指和手腕进行监测。对RGCPU-2材料进行再加工性测试，发现通过再加工处理的复合材料的修复效果达到79.6％。在不同化学介质和不同温度下测试表明，复合材料具有优异的耐酸碱性、耐低温弯折性和疏水性，能够应用于不同的环境条件下。 (2)以糠胺为改性还原剂，对氧化石墨烯和羧基化碳纳米管进行改性还原。通过FTIR、XRD测试证明了其改性成功。以BMI和FA为原料，合成中间体DA二醇，并以此合成具有修复功能的水性聚氨酯材料，测试证实合成的物质为目标产物。随后将改性的FGO、FCNTs和水性聚氨酯以8∶8∶1的比例混合均匀后冷冻干燥制备成三维海绵。将水性聚氨酯与BMI以一定比例混合均匀，注入到三维海绵中合成复合材料。经过热重分析表明纳米复合材料具有较好的热稳定性，材料的分解温度大概在210℃。通过拉伸性能测试表明，当三维结构的FGO和FCNTs分散液浓度为6mg·mL-1时，拉伸强度为9.58MPa,断裂伸长率为207％,自修复效率能达到50.6％。电性能测试表明随着纳米材料含量的增加，复合材料的电导率增加。当FGO和FCNTs的浓度为6mg·mL-1时，其电导率为0.0141S·m-1。由于三维材料经过拉伸后，三维结构的形状发生变化，赋予了复合材料良好的应变响应性能和灵敏度(GF=8.37)。聚氨酯的韧性赋予了复合材料的可循环性能，使得材料可以广泛应用于应变传感器。将其应用于手指和手腕的弯曲监测，当手指和手腕弯曲不同角度时，复合材料出现了相应的电阻变化。在不同环境下使用测试表明，复合材料具有良好的耐酸碱性、耐低温弯折性和疏水性。
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