Microcapsule induced toughening in a self-healing polymer composite

材料科学 环氧树脂 复合材料 断裂韧性 复合数 脆性 聚合物 韧性
作者
Eric Brown,Scott R. White,N. R. Sottos
出处
期刊:Journal of Materials Science [Springer Science+Business Media]
卷期号:39 (5): 1703-1710 被引量:723
标识
DOI:10.1023/b:jmsc.0000016173.73733.dc
摘要

Microencapsulated dicyclopentadiene (DCPD) healing agent and Grubbs' Ru catalyst are incorporated into an epoxy matrix to produce a polymer composite capable of self-healing. The fracture toughness and healing efficiency of this composite are measured using a tapered double-cantilever beam (TDCB) specimen. Both the virgin and healed fracture toughness depend strongly on the size and concentration of microcapsules added to the epoxy. Fracture of the neat epoxy is brittle, exhibiting a mirror fracture surface. Addition of DCPD-filled urea-formaldehyde (UF) microcapsules yields up to 127% increase in fracture toughness and induces a change in the fracture plane morphology to hackle markings. The fracture toughness of epoxy with embedded microcapsules is much greater than epoxy samples with similar concentrations of silica microspheres or solid UF polymer particles. The increased toughening associated with fluid-filled microcapsules is attributed to increased hackle markings as well as subsurface microcracking not observed for solid particle fillers. Overall the embedded microcapsules provide two independent effects: the increase in virgin fracture toughness from general toughening and the ability to self-heal the virgin fracture event.

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