A room temperature self-healing and thermally reprocessable cross-linked elastomer with unprecedented mechanical properties for ablation-resistant applications

弹性体 材料科学 自愈 自愈材料 极限抗拉强度 复合材料 热稳定性 复合数 氢键 聚合物 化学工程 高分子化学 化学 有机化学 分子 医学 工程类 病理 替代医学
作者
Yuanbo Cai,Liwei Yan,Yuan Wang,Ying Ge,Mei Liang,Yang Chen,Huawei Zou,Zhengguang Heng
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:436: 135156-135156 被引量:67
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135156
摘要

High-performance ablative composites demonstrate promising applications in the field of aerospace for thermal protection. In this work, a mechanically strong, fast room temperature self-healing and thermally recyclable crosslinked elastomer was prepared by constructing high-density hydrogen bonds and dynamic disulfide bonds. The tensile strength of the prepared poly(urea-urethane) elastomers (PIDA) reached as high as 31.0 MPa after self-healing for 48 h at room temperature, exhibiting a self-healing efficiency of 93.6%. The PIDA-based composite with 10 wt% hollow phenolic microspheres possessed a tensile strength of 8.67 MPa and exceptional ablative performance with a line ablation rate of 0.0643 mm/s. The extraordinary mechanical properties of PIDA-based materials were related to the presence of reversible disulfide bonds, meticulously engineered hydrogen bonds and chemical cross-linking sites consisting of 2,4-diamino-6-hydroxypyrimidine (DAHP) and urethane moieties that linked by flexible alicyclic hexatomic spacers. Incorporating DAHP allowed the rapid formation of hydrogen bonds at the crosslinking sites, which increased the interaction force of the repair surface during the initial stages of self-healing and provided support for further exchange reactions of disulfide bonds. This work opens an avenue toward developing ultra-robust room temperature self-healing materials for potential thermal protection in aerospace industry.
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