Om die probleem van konvensionele poliuretaan-bedekkings wat geneig is tot skade en 'n gebrek aan selfgenesende vermoëns het, aan te spreek, het navorsers selfgenesende poliuretaan-bedekkings ontwikkel wat 5 gewig% en 10 gewig% genesingsmiddels bevat via die Diels-Alder (DA) sikloaddisiemeganisme. Die resultate dui daarop dat die inkorporering van genesingsmiddels die hardheid van die bedekking met 3%–12% verhoog en krasgenesingsdoeltreffendhede van 85.6%–93.6% binne 30 minute by 120 °C bereik, wat die lewensduur van die bedekkings aansienlik verleng. Hierdie studie bied 'n innoverende oplossing vir oppervlakbeskerming van ingenieursmateriale.
In die veld van ingenieursmateriale is die herstel van meganiese skade in bedekkingsmateriale lank reeds 'n groot uitdaging. Alhoewel tradisionele poliuretaan-bedekkings uitstekende weerbestandheid en adhesie toon, verswak hul beskermende prestasie vinnig sodra skrape of krake voorkom. Geïnspireer deur biologiese selfgenesende meganismes, het wetenskaplikes begin om selfgenesende materiale gebaseer op dinamiese kovalente bindings te ondersoek, met die Diels-Alder (DA)-reaksie wat aansienlike aandag kry as gevolg van sy matige reaksietoestande en gunstige omkeerbaarheid. Bestaande navorsing het egter hoofsaaklik gefokus op lineêre poliuretaanstelsels, wat 'n gaping laat in die studie van selfgenesende eienskappe in kruisgekoppelde poliuretaanpoeierbedekkings.
Om deur hierdie tegniese hindernis te breek, het plaaslike navorsers op innoverende wyse twee DA-genesingsmiddels—furaan-maleïensuuranhidried en furan-bismaleïmied—in 'n gehidroksileerde poliësterharsstelsel ingebring, wat 'n poliuretaanpoeierbedekking met uitstekende selfgenesende eienskappe ontwikkel het. Die studie het ¹H NMR gebruik om die struktuur van die genesingsmiddels te bevestig, differensiële skanderingskalorimetrie (DSC) om die omkeerbaarheid van die DA/retro-DA-reaksies te verifieer, en nanoindentasietegnieke saam met oppervlakprofilometrie om die meganiese eienskappe en oppervlakkenmerke van die bedekkings sistematies te evalueer.
Wat sleutel eksperimentele tegnieke betref, het die navorsingspan eers hidroksielbevattende DA-genesingsmiddels gesintetiseer met behulp van 'n tweestapmetode. Daarna is poliuretaanpoeiers wat 5 gewig% en 10 gewig% genesingsmiddels bevat, via smeltmenging voorberei en op staalsubstrate aangewend met behulp van elektrostatiese bespuiting. Deur vergelyking met kontrolegroepe sonder genesingsmiddels, is die invloed van genesingsmiddelkonsentrasie op materiaaleienskappe sistematies ondersoek.
1.KMR-analise bevestig die struktuur van die genesingsmiddel
1H NMR-spektra het getoon dat amien-ingevoegde furaan-maleïensuuranhidried (HA-1) kenmerkende DA-ringpieke by δ = 3.07 dpm en 5.78 dpm vertoon het, terwyl die furaan-bismaleïmied-addukt (HA-2) 'n tipiese DA-bindingsprotonsein by δ = 4.69 dpm vertoon het, wat die suksesvolle sintese van die genesingsmiddels bevestig.
2.DSC onthul termies omkeerbare eienskappe
DSC-krommes het aangedui dat monsters wat genesingsmiddels bevat, endotermiese pieke vir die DA-reaksie by 75 °C en kenmerkende pieke vir die retro-DA-reaksie in die reeks van 110–160 °C vertoon het. Die piekarea het toegeneem met hoër genesingsmiddelinhoud, wat uitstekende termiese omkeerbaarheid toon.
3.Nanoindentasietoetse toon hardheidsverbetering
Diepte-sensitiewe nanoindentasietoetse het getoon dat die byvoeging van 5 gewig% en 10 gewig% genesingsmiddels die hardheid van die laag met onderskeidelik 3% en 12% verhoog het. 'n Hardheidswaarde van 0.227 GPa is selfs op 'n diepte van 8500 nm gehandhaaf, wat toegeskryf word aan die kruisgekoppelde netwerk wat tussen die genesingsmiddels en die poliuretaanmatriks gevorm word.
4.Oppervlakmorfologie-analise
Oppervlakruheidstoetse het getoon dat suiwer poliuretaanbedekkings die substraat se Rz-waarde met 86% verminder het, terwyl bedekkings met genesingsmiddels 'n effense toename in ruheid getoon het as gevolg van die teenwoordigheid van groter deeltjies. FESEM-beelde het visueel veranderinge in oppervlaktekstuur geïllustreer as gevolg van die genesingsmiddeldeeltjies.
5.Deurbraak in Krasgenesingsdoeltreffendheid
Optiese mikroskopie-waarnemings het getoon dat bedekkings wat 10 gewig% genesingsmiddel bevat, na hittebehandeling by 120 °C vir 30 minute, 'n vermindering in kraswydte van 141 μm tot 9 μm getoon het, wat 'n genesingsdoeltreffendheid van 93.6% behaal het. Hierdie prestasie is aansienlik beter as dié wat in bestaande literatuur vir lineêre poliuretaanstelsels gerapporteer is.
Hierdie studie, wat in Next Materials gepubliseer is, bied verskeie innovasies: Eerstens kombineer die ontwikkelde DA-gemodifiseerde poliuretaanpoeierbedekkings goeie meganiese eienskappe met selfgenesende vermoë, wat 'n hardheidsverbetering van tot 12% bereik. Tweedens verseker die gebruik van elektrostatiese spuittegnologie 'n eenvormige verspreiding van genesingsmiddels binne die kruisgekoppelde netwerk, wat die posisioneringsonakkuraatheid wat tipies is van tradisionele mikrokapsuletegnieke, oorkom. Die belangrikste is dat hierdie bedekkings hoë genesingsdoeltreffendheid by 'n relatief lae temperatuur (120 °C) bereik, wat groter industriële toepaslikheid bied in vergelyking met die genesingstemperatuur van 145 °C wat in bestaande literatuur gerapporteer word. Die studie bied nie net 'n nuwe benadering tot die verlenging van die lewensduur van ingenieursbedekkings nie, maar vestig ook 'n teoretiese raamwerk vir die molekulêre ontwerp van funksionele bedekkings deur die kwantitatiewe analise van die "genesingsmiddelkonsentrasie-prestasie"-verhouding. Toekomstige optimalisering van die hidroksielinhoud in genesingsmiddels en die verhouding van uretdioon-kruisbinders sal na verwagting die prestasielimiete van selfgenesende bedekkings verder verskuif.
Plasingstyd: 15 September 2025