用于焊接交联聚合物部件的方法

1.本发明涉及含有动态共价键的交联聚合物技术领域，具体涉及一种用于焊接交联聚合物部件的方法。


背景技术：

2.含有动态共价键的交联聚合物材料在工程结构中使用的比重逐渐增加，因为其具有轻量化、高特异性强度和高弹性模量、设计灵活、低制造成本的优点。使用由不同的交联聚合物材料部件组成的组装件具有极大的市场需求。交联聚合物材料的产品设计灵活性强，可以使得不同的交联聚合物材料的各自的性质被有效和功能化地使用。
3.但是一般采用焊接方式对不同的交联聚合物材料部件进行组装过程中，均基于相同的动态共价键的交换反应使得不同的交联聚合物材料部件进行焊接组装，交联聚合物材料部件的材料选择受到较大的限制，焊接所获得的组装件所包含的交联聚合物材料种类较少，也使得焊接所获得的组装件缺乏材料性能的多样性。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种用于焊接交联聚合物部件的方法，包括：
5.提供第一交联聚合物部件和第二交联聚合物部件，第一交联聚合物部件包含第一交联聚合物材料并具有第一待焊接面，第二交联聚合物部件包含第二交联聚合物材料并具有第二待焊接面，
6.其中，第一交联聚合物材料包含第一动态共价键，第一动态共价键中包含富电子原子，第二交联聚合物材料包含第二动态共价键，第二动态共价键包含缺电子的羰基碳；
7.使第一待焊接面和第二待焊接面接触，形成接触部；
8.在第一预设时长内，对接触部进行施压处理，以使第一待焊接面和第二焊接面处于相互压紧状态，压紧状态下、第一动态共价键和第二动态共价键之间发生富电子基团进攻缺电子的羰基碳的动态共价键交换反应，经由动态共价键交换反应接触部形成新的交联结构，获得交联聚合物组装件。
9.本技术实施例提供的用于焊接交联聚合物部件的方法使得焊接组装形成交联聚合物组装件时不局限于同种动态共价键的交换反应进行焊接，含有不同种动态共价键的交联聚合物材料部件得以焊接一起形成组装件。焊接所获得的组装件所包含的交联聚合物材料种类丰富，也使得焊接所获得的组装件所兼具的材料性能更多样化。
附图说明
10.通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按照实际的比例绘制。
11.图1是本技术实施例提供的一种用于焊接交联聚合物部件的方法流程图；
12.图2是本技术一具体实施例中交联聚合物组装件在不同温度下的形变过程示意图。
具体实施方式
13.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
14.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
15.如图1所示，本技术实施例提供一种用于焊接交联聚合物部件的方法，包括：
16.s10，提供第一交联聚合物部件和第二交联聚合物部件，第一交联聚合物部件包含第一交联聚合物材料并具有第一待焊接面，第二交联聚合物部件包含第二交联聚合物材料并具有第二待焊接面，
17.其中，第一交联聚合物材料包含第一动态共价键，第一动态共价键中包含富电子原子，第二交联聚合物材料包含第二动态共价键，第二动态共价键包含缺电子的羰基碳；
18.s20，使第一待焊接面和第二待焊接面接触，形成接触部；
19.s30，在第一预设时长内，对接触部进行施压处理，以使第一待焊接面和第二焊接面处于相互压紧状态，压紧状态下、第一动态共价键和第二动态共价键之间发生富电子基团进攻缺电子的羰基碳的动态共价键交换反应，经由动态共价键交换反应接触部形成新的交联结构，获得交联聚合物组装件。
20.本技术实施例提供的用于焊接交联聚合物部件的方法使得焊接组装形成交联聚合物组装件时不局限于同种动态共价键的交换反应进行焊接，含有不同种动态共价键的交联聚合物材料部件得以焊接一起形成组装件。焊接所获得的组装件所包含的交联聚合物材料种类丰富，也使得焊接所获得的组装件所兼具的材料性能更多样化。
21.在一些可选的实施例中，第一动态共价键与第二动态共价键为不同的两种动态共价键。
22.在一些可选的实施例中，提供第一交联聚合物部件和第二交联聚合物部件的步骤s10中，
23.第一动态共价键和第二动态共价键分别由酯交换反应、氨甲酸酯交换反应、硫代氨甲酸酯交换反应、硼氧交换反应以及肟酯键交换反应中的任意一者形成。
24.在这些实施例中，第一动态共价键由酯交换反应、氨甲酸酯交换反应、硫代氨甲酸
酯交换反应、硼氧交换反应以及肟酯键交换反应中的任意一者形成。
25.第二动态共价键由酯交换反应、氨甲酸酯交换反应、硫代氨甲酸酯交换反应、硼氧交换反应以及肟酯键交换反应中的任意一者形成。
26.在一些示例中，第一动态共价键与第二动态共价键为不同种动态共价键。在这些示例中，第一交联聚合物部件的第一交联聚合物所包含的第一动态共价键与第二交联聚合物部件的第二交联聚合物所包含的第二动态共价键不相同，使得后续获得的交联聚合物组装件具有多种功能，拓展了其应用领域和使用范围。
27.在一些可选的实施例中，在第一预设时长内，对接触部进行施压处理的步骤s30，还包括：
28.s31，对接触部进行加热处理，以使第一预设时长内接触部处于第一温度t1；
29.第一温度t1的取值范围是25℃～200℃。
30.在一些可选的实施例中，第一交联聚合物材料选自聚硫氨酯材料、聚氨酯材料、聚硼酸酯材料以及聚肟酯材料中的任意一种，第二交联聚合物材料选自聚硫氨酯材料、聚氨酯材料、聚硼酸酯材料以及聚肟酯材料中的任意一种，且第一交联聚合物材料与第二交联聚合物材料为不同的交联聚物物材料，第一温度t1的取值范围是140℃～160℃。在一些示例中，第一温度t1的取值是150℃。在这些示例中，对接触部进行加热处理，使得动态共价键交换反应形成新的交联结构的速率加快，有利于提高焊接交联聚合物部件的速率。
31.在一些可选的实施例中，第一交联聚合物材料选自环氧树脂材料或者第二交联聚合物材料选自环氧树脂材料。第一交联聚合物材料与第二交联聚合物为不同的交联聚合物材料。在这些实施例中，第一温度t1的取值范围是170℃～190℃。在一些示例中，第一温度t1的取值是180℃。在这些示例中，对接触部进行加热处理，使得动态共价键交换反应形成新的交联结构的速率加快，有利于提高焊接交联聚合物部件的速率。
32.在一些可选的实施例中，在第一预设时长内，对接触部进行施压处理的步骤中，第一预设时长的取值范围是1小时～3小时。
33.在这些实施例中，对接触部进行施压处理，并使得第一交联聚合物部件和第二交联聚合物部件构成的接触部在第一预设时长内处于压紧状态，确保接触部形成新的交联结构，使得第一交联聚合部件和第二交联聚合物部件通过形成在接触部的交联结构焊接形成交联聚合物组件。充足的施压处理时长，确保了交联结构的形成，使得第一交联聚合部件和第二交联聚合物部件的焊接更稳固。
34.在一些可选的实施例中，提供第一交联聚合物部件和第二交联聚合物部件的步骤s10中，
35.第一交联聚合物材料和第二交联聚合物材料选自聚硫氨酯材料、聚氨酯材料、聚硼酸酯材料、聚肟酯材料及环氧树脂材料中的任意两者。
36.在一些可选的示例中，通过本技术实施例提供的用于焊接交联聚合物部件的方法将两种或者两种以上的不同的交联聚合物部件焊接形成交联聚合物组装体，且各交联聚合物部件所包含的交联聚合物材料互不相同。
37.在这些可选的实施例中，通过本技术实施例提供的用于焊接交联聚合物部件的方法，使得最终获得的交联聚合物组装体包含了多种的交联聚合物部件，即交联聚合物组装体由多种不同的交联聚合物材料构成，进一步扩充了形成交联聚合物组装体中热固性材料
的选择范围。交联聚合物组装体中各交联聚合物部件具有不同的物理化学性质(例如玻璃化转变温度t
g
，拓扑冻结转变温度t
v
，颜色，硬度，韧性等)，极大地丰富了交联聚合物组装体的功能。由形成交联聚合物组装体的焊接工艺简单，可在接触部中通过形成交联结构而形成不同的交联聚合物部件之间稳定的焊接点，确保了交联聚合物部件的焊接稳固性，以及交联聚合物组装体的组装质量。
38.在一些可选的实施例中，第一交联聚合物部件和第二交联聚合物部件的步骤s10中，第一交联聚合物材料和第二交联聚合物材料均为含有液晶基元的液晶型交联聚合物材料。
39.在一些可选的实施例中，提供第一交联聚合物部件和第二交联聚合物部件的步骤，进一步包括：
40.对第一交联聚合物部件和第二交联聚合物部件分别进行单畴化处理，以使第一交联聚合物部件具有第一可逆形变性能，第二交联聚合物具有第二可逆形变性能。
41.在这些可选的实施例中，第一交联聚合物材料和第二交联聚合物材料均为含有液晶基元的液晶型交联聚合物材料，第一交联聚合物部件具有第一可逆形变性能，第二交联聚合物部件具有第二可逆形变性能。可逆形变性能指：交联聚合物部件(包含液晶型交联聚合物材料)经单畴化处理后，交联聚合物部件中的液晶型交联聚合物材料中至少部分液晶基元沿预设方向进行取向，使得包含有液晶型交联聚合物材料的交联聚合物部件具有在外界刺激(例如温度、电刺激)作用下发生形变，而在停止外界刺激的作用时恢复原本形状的性能。交联聚合物部件具有可逆形变性能，使得由其组装形成的交联聚合物组装体的实际应用前景广阔，在实际应用中可用作驱动器以及感应器，应用于软体机器人、柔性可穿戴设备等领域。
42.在一些可选的实施例中，第一可逆形变性能与第二可逆形变性能均为二维可逆形变性能；或者，
43.第一可逆形变性能与第二可逆形变性能均为三维可逆形变性能；或者，
44.第一可逆形变性能为二维可逆形变性能，第二可逆形变性能为三维可逆形变性能。
45.在这些实施例的一些示例中，二维可逆形变性能包括在二维平面上的伸缩可逆形变及弯曲可逆形变等。在一些示例中，三维可逆形变性能包括在三维空间中的扭曲可逆形变以及螺旋式可逆形变。
46.【具体实施例】
47.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体实施例对本技术提供的用于焊接交联聚合物部件的方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
48.实施例1
49.1、制备聚硼酸酯部件，其中，聚硼酸酯部件包含液晶型聚硼酸酯材料。
50.制备聚硼酸酯部件步骤如下：
51.(1)将18.1mmol 1,4
‑
苯二硼酸与37.1mmol 1
‑
硫代甘油置于第一溶剂中混合形成第一混合液，第一溶剂采用80ml四氢呋喃与0.1ml水混合而成。边搅拌边第一混合液边加入无水硫酸镁粉末，总计加入无水硫酸镁粉末的重量为5.0g，室温反应24小时后得到第一反
应液。
52.(2)将第一反应液过滤、旋蒸，得到第一固态物。用正庚烷洗涤该第一固态物、过滤，得到洗涤后的白色固体产物，白色固体产物分子量为309.91。
53.(3)将0.105mmol的白色固体产物、0.595mmol的3,6
‑
二氧
‑
1,8
‑
辛二硫、0.15mmol的季戊四醇四
‑3‑
巯基丙酸酯与1mmol的2
‑
甲基
‑
1,4
‑
亚苯基双(4
‑
((6
‑
(丙烯酰氧基)己基)氧基)苯甲酸酯)在第二溶剂中混合均匀形成第二混合液，第二溶剂为二氯甲烷。在第二混合液中加入1wt％的催化剂正己胺，反应12小时获得第二反应液。将获得的第二反应液倒入聚四氟乙烯模具中，反应12小时，随后在30℃下对第二反应液真空干燥24小时获得聚硼酸酯薄膜。
54.2、制备聚氨酯部件，其中，聚氨酯部件包含液晶型聚氨酯材料。
55.制备聚氨酯部件步骤如下：
56.(1)将7.44mmol 2
‑
甲基
‑
1,4
‑
亚苯基双(4
‑
((6
‑
(丙烯酰氧基)己基)氧基)苯甲酸酯)、6.32mmol 1,3
‑
丙二硫醇溶解于20ml二氯甲烷获得第三混合液。在第三混合液中加入37.2mmol三乙胺，室温反应过夜，得到第三反应液。
57.(2)在第三反应液中加入3.35mmol 2
‑
巯基乙醇，反应5小时获得第四反应液。用200ml二氯甲烷稀释第四反应液得到第一稀释液，用盐酸、卤水洗涤该第一稀释液，旋蒸并干燥获得二醇产物。
58.(3)将0.5mmol二醇产物、1.5mmol丙烯酸2
‑
异氰酸根合乙酯、0.005mmol二月桂酸二丁基锡溶于二氯甲烷，60℃反应3小时得到第五反应液，第五反应液在甲醇中沉降后冷却至室温，获得含有少量溶剂的黏流态产物。将该黏流态产物在60℃下真空干燥24小时，获得固态产物。
59.(4)将0.5g上述(3)中的固态产物与等摩尔的三羟甲基丙烷三(3
‑
巯基丙酸酯)用二氯甲烷溶解得到第四混合液，在第四混合液中加入作为催化剂的三乙胺与二月桂酸二丁基锡得到第六反应液，将第六反应液浇筑进入聚四氟乙烯模具，在70℃下反应24小时获得薄片状的聚氨酯部件。
60.3、分别对聚硼酸酯部件和聚氨酯部件进行单畴化处理。
61.(1)对聚硼酸酯部件进行单畴化处理
62.将聚硼酸酯部件沿第一方向(第一方向与聚硼酸酯部件的厚度方向相垂直)拉伸至原长的180％后，将处于拉伸状态的聚硼酸酯部件在第一方向上相对的两个端部固定。在80℃下，对处于拉伸状态的聚硼酸酯部件加热12小时，再冷却至室温，获得在二维平面上具有可逆伸缩形变性能的聚硼酸酯部件，该具有可逆伸缩形变性能的聚硼酸酯部件较单畴化前的聚硼酸酯部件在第一方向上伸长量占原长的80％。
63.(2)对聚氨酯部件进行单畴化处理
64.将聚氨酯部件沿第一方向(第一方向与聚氨酯部件的厚度方向相垂直)拉伸至原长的180％后，将处于拉伸状态的聚氨酯部件在第一方向上相对的两个端部固定。在80℃下，对处于拉伸状态的聚氨酯部件加热12小时，再冷却至室温，获得在二维平面上具有可逆伸缩形变性能的聚氨酯部件，该具有可逆伸缩形变性能的聚氨酯部件较单畴化前的聚氨酯部件在第一方向上伸长量占原长的80％。
65.4、采用本技术提供的用于焊接交联聚合物部件的方法将具有可逆伸缩形变性能
的聚硼酸酯部件和具有可逆伸缩形变性能的聚氨酯部件进行焊接，其中。聚硼酸酯部件包含的动态共价键为硼酯键，聚氨酯部件包含的动态共价键为氨甲酸酯键。
66.具有可逆伸缩形变性能的聚硼酸酯部件在第一方向上具有第一端部，在聚硼酸酯部件自身厚度方向上，该第一端部具有相对的两个面，选择其中一个为第一待焊接面。具有可逆伸缩形变性能的聚氨酯部件在第一方向上具有第二端部，在聚氨酯部件部件自身厚度方向上，该第二端部具有相对的两个面，选择其中一个为第二待焊接面。
67.使第一待焊接面和第二待焊接面接触形成接触部。
68.在2个小时内，对接触部进行施压处理，以使第一待焊接面和第二焊接面处于相互压紧状态，在随接触部进行施压处理的同时对接触部进行加热处理，以使接触部处于150℃。
69.经由动态共价键交换反应接触部形成新的交联结构，获得由聚硼酸酯部件和聚氨酯部件焊接构成的交联聚合物组装件。
70.5、对由聚硼酸酯部件和聚氨酯部件焊接构成的交联聚合物组装件进行温度控制，以验证由该交联聚合物组装件整体的可逆形变性能。
71.如图2所示，在室温下，该交联聚合物组装件的聚硼酸酯部件和聚氨酯部件都是处于单畴化处理后的伸长状态。当对该交联聚合物组装件从室温加热至90℃，聚硼酸酯部件的温度大于聚硼酸酯材料的液晶转变温度，从而聚硼酸酯部件在第一方向处于收缩状态，而聚氨酯部件的温度未达到自身液晶转变温度，未发生收缩形变响应。
72.对交联聚合物组装件从90℃继续加热至120℃，聚氨酯部件的温度大于聚氨酯材料的自身液晶转变温度，从而聚氨酯部件在第一方向处于收缩状态。
73.反之，在对交联聚合物组装件冷却的过程中，当交联聚合物组装件降至120℃以下，聚氨酯部件先发生沿第一方向的伸长响应，而聚硼酸酯部件保持不变；对交联聚合物组装件继续降温至90℃以下，聚硼酸酯部件再发生沿第一方向的伸长响应。由此，该实施例1中的交联聚合物组装件在不同温度下发生对应伸缩形变使其在多温度区间具有可逆形变性能，在柔性驱动器或控制器件领域具有潜在应用。
74.依照本发明如上文所述的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。