本发明属于功能复合材料技术领域，涉及一种多渠道快速高效自修复型形状记忆聚合物复合材料及其制备方法。
背景技术：
自修复材料是一种当材料受损或出现裂纹时，在无外界作用条件下能够进行自我修复的智能材料。自修复材料的核心是物质补给和能量补给。
普通自修复聚合物的基本机制均为依靠在裂纹出现时胶囊或者脉络释放或输送的液态材料固化，完成对裂纹面空间的物质填充，实现基体的连续化，消除或缓解应力集中。因此，要实现自修复，必须完成液态修复物质对裂纹面空间的充分填充，对修复物质的量和修复过程时间都有一定的要求。
形状记忆聚合物(smp)是一类具有形状记忆效应的聚合物材料。热驱动smp在某一温度(一般高于玻璃化温度tg)下可进行变形，然后保持形状不变，冷却到室温后去除外力能够将变形后的形状固定住并长期存放，当再将温度升高至形状恢复温度(形状恢复的起始温度一般低于tg)后，变形后的构件可恢复至初始形状。可见，热驱动smp在一定的热机械循环中，能够贮存和释放应变能，并完成“初始态→固定态→初始态”的转变。
公开号为cn101215408a的中国专利，公开了一种高温自修复材料，但是不具有形状记忆性能。公开号为cn103275481a的中国专利，公开了一种高温自修复型形状记忆材料，但是不具有通电和红外辐照自修复性能。公开号为cn103881306a的中国专利，公开了一种可电响应自修复超疏水特性的形状记忆材料，但其不具有加热和红外辐照自修复性能。
本发明公开的自修复型形状记忆材料可以通过加热、通电和红外辐照等多种方式进行自修复。先通过形状记忆性能进行裂纹的缩小，然后修复剂熔化对微裂纹进行修复。这种方法简单高效，能够提高材料的力学性能，极大程度地增加材料的使用寿命。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多渠道快速高效自修复型形状记忆聚合物复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多渠道快速高效自修复型形状记忆聚合物复合材料，其特征在于，该复合材料的原料包括质量比为1:0.01～0.15:0.001～0.1的形状记忆聚合物、碳纳米导电体和修复剂。
所述的形状记忆聚合物包括形状记忆聚氨酯或环氧树脂。
所述的碳纳米导电体包括碳纳米管或石墨烯。
所述的修复剂为分子量为50000的聚己内酯pcl。
一种所述的多渠道快速高效自修复型形状记忆聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将修复剂与形状记忆聚合物混合均匀，加热溶解，得到含有修复剂的复合体系；
(2)将碳纳米导电体均匀分散在有机溶剂中，然后加入步骤(1)所得含有修复剂的复合体系中，加热混合均匀后冷却固化，即制得自修复型形状记忆聚合物复合材料。
步骤(1)所述的加热溶解的温度为90℃。
步骤(2)所述的有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺，丙酮或乙醇，有机溶剂的加入量为使碳纳米导电体在其中的浓度为0.01-0.05g/ml。
步骤(2)所述的碳纳米导电体均匀分散在有机溶剂采用超声分散；所述的加热固化是在70℃真空条件下恒温12h。
所得自修复型形状记忆聚合物复合材料的裂纹修复方法为：保持材料温度在50-100℃范围内，120-300s即可修复；
或者，保持材料两端接通电压在75-220v范围内，30-240s即可修复；
或者，保持材料接收红外光0.1-2.0w/cm2范围内，60-360s即可修复。
与现有技术相比，本发明采用分子量为50000的聚己内酯pcl作为修复剂，溶解在形状记忆聚合物，并与碳纳米导电体进行复合。修复剂聚己内酯pcl熔点为59-64℃，在外部能量的输入下可以快速熔化对裂纹进行修复，碳纳米材料作为增强体，可以改善材料的力学性能，且其导电性强，可以吸收红外光。公开的自修复型形状记忆材料可以通过加热、通电和红外辐照等多种方式进行自修复。先通过形状记忆性能进行裂纹的缩小，然后修复剂熔化对微裂纹进行修复。这种方法简单高效，能够提高材料的力学性能，极大程度地增加材料的使用寿命。
附图说明
图1为三种含不同质量分数修复剂的复合材料修复效率与修复时间的关系图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白理解，下面通过具体的实施例对本发明进行进一步详细描述。有必要指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容对本发明所做的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
实施例1
1、将10g形状记忆聚氨酯smpu和0.5g修复剂聚己内酯pcl混合均匀，加热熔解；
2、将0.2g碳纳米管cnt均匀分散在有机溶剂dmf中配成浓度为0.01g/ml的溶液，超声后加热搅拌；
3、将上述两种液体加热搅拌混合均匀；
4、复合材料在70℃真空条件下恒温12h后自然冷却，制得自修复型形状记忆聚合物复合材料；
5、将复合材料加工成哑铃型拉伸样条，保持在70℃条件下4min后进行拉伸性能测试，修复率为99％。
如图1所示，基体为形状记忆聚氨酯smpu
碳纳米管cnt质量比2wt％
修复剂pcl质量比分别为5wt％、10wt％、15wt％
自修复方式：分别保持材料在70℃条件下2min、4min、6min
可以看出，含不同质量分数修复剂的材料在4min内其修复效率最高，均超过
90％，最高效率可达99％。
实施例2
1、将10g形状记忆聚氨酯smpu和1.0g修复剂聚己内酯pcl混合均匀，加热熔解；
2、将0.2g碳纳米管cnt均匀分散在有机溶剂dmf中配成浓度为0.01g/ml的溶液，超声后加热搅拌；
3、将上述两种液体加热搅拌混合均匀；
4、复合材料在70℃真空条件下恒温12h后自然冷却，制得自修复型形状记忆聚合物复合材料；
5、将复合材料加工成哑铃型拉伸样条，保持在70℃条件下4min后进行拉伸性能测试，修复率为94％。
实施例3
1、将10g形状记忆聚氨酯smpu和1.5g修复剂聚己内酯pcl混合均匀，加热熔解；
2、将0.2g碳纳米管cnt均匀分散在有机溶剂dmf中配成浓度为0.01g/ml的溶液，超声后加热搅拌；
3、将上述两种液体加热搅拌混合均匀；
4、复合材料在70℃真空条件下恒温12h后自然冷却，制得自修复型形状记忆聚合物复合材料；
5、将复合材料加工成哑铃型拉伸样条，保持在70℃条件下4min后进行拉伸性能测试，修复率为92％。
实施例4
1、将10g形状记忆聚氨酯smpu和0.5g修复剂聚己内酯pcl混合均匀，加热熔解；
2、将0.5g碳纳米管cnt均匀分散在有机溶剂dmf中配成浓度为0.025g/ml的溶液，超声后加热搅拌；
3、将上述两种液体加热搅拌混合均匀；
4、复合材料在70℃真空条件下恒温12h后自然冷却，制得自修复型形状记忆聚合物复合材料；
5、将复合材料加工成哑铃型拉伸样条，在80v下的100s内的形状恢复率为99％。
实施例5
1、将10g形状记忆聚氨酯smpu和0.5g修复剂聚己内酯pcl混合均匀，加热熔解；
2、将0.5g碳纳米管cnt均匀分散在有机溶剂dmf中配成浓度为0.025g/ml的溶液，超声后加热搅拌；
3、将上述两种液体加热搅拌混合均匀；
4、复合材料在70℃真空条件下恒温12h后自然冷却，制得自修复型形状记忆聚合物复合材料；
5、将复合材料加工成哑铃型拉伸样条，在0.2w/cm2的红外光下200s内的形状恢复率为99％。
实施例6
1.将10g形状记忆聚氨酯smpu和0.1g修复剂聚己内酯pcl混合均匀，加热熔解；
2.将0.5g碳纳米管cnt均匀分散在有机溶剂dmf中配成浓度为0.025g/ml的溶液，超声后加热搅拌；
3.将上述两种液体加热搅拌混合均匀；
4.复合材料在50℃真空条件下恒温12h后自然冷却，制得自修复型形状记忆聚合物复合材料；
5.将复合材料加工成哑铃型拉伸样条，在0.1w/cm2的红外光下360s内的形状恢复率为99％。
实施例7
1.将10g形状记忆聚氨酯smpu和0.1g修复剂聚己内酯pcl混合均匀，加热熔解；
2.将0.5g碳纳米管cnt均匀分散在有机溶剂dmf中配成浓度为0.025g/ml的溶液，超声后加热搅拌；
3.将上述两种液体加热搅拌混合均匀；
4.复合材料在100℃真空条件下恒温12h后自然冷却，制得自修复型形状记忆聚合物复合材料；
5.将复合材料加工成哑铃型拉伸样条，在2w/cm2的红外光下600s内的形状恢复率为95％。
实施例8
1.将10g形状记忆聚氨酯smpu和0.6g修复剂聚己内酯pcl混合均匀，加热熔解；
2.将0.8g碳纳米管cnt均匀分散在有机溶剂dmf中配成浓度为0.04g/ml的溶液，超声后加热搅拌；
3.将上述两种液体加热搅拌混合均匀；
4.复合材料在100℃真空条件下恒温12h后自然冷却，制得自修复型形状记忆聚合物复合材料；
5.将复合材料加工成哑铃型拉伸样条，在50℃下300s内的形状恢复率为95％。
实施例9
1.将10g形状记忆聚氨酯smpu和0.6g修复剂聚己内酯pcl混合均匀，加热熔解；
2.将0.8g碳纳米管cnt均匀分散在有机溶剂dmf中配成浓度为0.04g/ml的溶液，超声后加热搅拌；
3.将上述两种液体加热搅拌混合均匀；
4.复合材料在100℃真空条件下恒温12h后自然冷却，制得自修复型形状记忆聚合物复合材料；
5.将复合材料加工成哑铃型拉伸样条，在100℃下120s内的形状恢复率为98％。
实施例10
1.将10g形状记忆聚氨酯smpu和1g修复剂聚己内酯pcl混合均匀，加热熔解；
2.将0.8g碳纳米管cnt均匀分散在有机溶剂dmf中配成浓度为0.04g/ml的溶液，超声后加热搅拌；
3.将上述两种液体加热搅拌混合均匀；
4.复合材料在100℃真空条件下恒温12h后自然冷却，制得自修复型形状记忆聚合物复合材料；
5.将复合材料加工成哑铃型拉伸样条，在接通电压75v下240s内的形状恢复率为98％。
实施例11
1.将10g形状记忆聚氨酯smpu和1g修复剂聚己内酯pcl混合均匀，加热熔解；
2.将0.8g碳纳米管cnt均匀分散在有机溶剂dmf中配成浓度为0.04g/ml的溶液，超声后加热搅拌；
3.将上述两种液体加热搅拌混合均匀；
4.复合材料在100℃真空条件下恒温12h后自然冷却，制得自修复型形状记忆聚合物复合材料；
5.将复合材料加工成哑铃型拉伸样条，在接通电压220v下30s内的形状恢复率为98％。