用于对聚合物材料进行取向加工、图案化加工、修复、清除、焊接的方法与流程

1.本技术涉及聚合物材料领域，具体涉及一种用于对聚合物材料进行取向加工、图案化加工、修复、清除、焊接的方法。


背景技术：

2.液晶弹性体(liquid crystal elastomer，lce)是一种重要的软体驱动材料，其三维动态结构在实际应用中发挥着至关重要的作用，例如可用作软机器人、柔性可穿戴材料等。但是，与液晶弹性体的三维动态结构相比，液晶弹性体的平面薄片或薄膜状结构更易于批量生产、储存、包装以及运输。因此，通过形状编辑将液晶弹性体的平面薄片或薄膜状结构直接可逆地转换为三维动态结构具有重要的实用意义。
3.传统的聚合物成型方法多采用热成型方法，但是热成型方法一般需要借助模具，而聚合物脱模困难往往限制了所得到聚合物的结构的复杂程度。因此，设计出简单易行、能有效控制液晶弹性体三维动态结构的加工方法成为本领域研究的热点。


技术实现要素：

4.本技术提供一种用于对聚合物材料进行取向加工、图案化加工、修复、清除、焊接的方法，用于解决现有技术中的问题。
5.本技术第一方面提供了一种用于对聚合物材料进行取向加工的方法，所述聚合物材料包含动态共价键且具有交联网络结构，所述方法包括如下步骤：s10，使所述聚合物材料的交联网络结构中的至少部分分子链沿预定方向取向；s20，使所述聚合物材料在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使所述动态共价键发生交换反应，从而形成新的交联网络结构，其中，所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中。
6.在本技术任意实施方式中，动态共价键包括动态酯交换共价键。
7.在本技术任意实施方式中，所述聚合物材料为液晶弹性体材料或非液晶体系类玻璃高分子材料。
8.优选地，所述液晶弹性体材料为环氧液晶弹性体材料，
9.优选地，所述非液晶体系类玻璃高分子材料为环氧类弹性体材料。
10.在本技术任意实施方式中，在步骤s10中，使所述聚合物材料的交联网络结构中的至少部分分子链沿预定方向取向的方法包括：对所述液晶弹性体材料进行预拉伸处理。
11.在本技术任意实施方式中，在步骤s10中，使所述聚合物材料的交联网络结构中的至少部分分子链沿预定方向取向的方法包括：对所述非液晶体系类玻璃高分子材料进行预塑形处理。
12.在本技术任意实施方式中，溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃中的一种或多种。
13.在本技术任意实施方式中，催化剂为碱性催化剂。优选地，碱性催化剂包括1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯、醋酸锌、三苯基膦钯中的一种或多种。
[0014]
在本技术任意实施方式中，可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在溶剂中形成催化剂溶液，所述催化剂溶液的浓度为0.0005g/ml～0.1g/ml。
[0015]
在本技术任意实施方式中，溶胀的温度为15℃～100℃。
[0016]
本技术第二方面提供了一种用于对聚合物材料进行图案化加工的方法，所述聚合物材料包含动态共价键且具有交联网络结构，所述方法包括如下步骤：s100，使所述聚合物材料的交联网络结构中的至少部分分子链沿预定方向取向；s200，使所述聚合物材料在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使所述动态共价键发生交换反应，从而形成新的交联网络结构进而使所述聚合物材料具有不同的图案，其中，所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中。
[0017]
本技术第三方面提供了一种用于对聚合物材料进行修复的方法，所述聚合物材料包含动态共价键且具有交联网络结构，所述方法包括如下步骤：使所述聚合物材料的损伤待修复部位在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使所述动态共价键发生交换反应，从而在所述损伤待修复部位形成新的交联网络结构进而实现修复，其中，所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中。
[0018]
本技术第四方面提供了一种用于对聚合物材料进行清除的方法，所述聚合物材料包含动态共价键且具有交联网络结构，所述方法包括如下步骤：使所述聚合物材料的待清除部位在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使所述动态共价键发生交换反应进而所述待清除部位被清除，其中，所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中。
[0019]
本技术第五方面提供了一种用于对聚合物材料进行焊接的方法，所述聚合物材料包含动态共价键且具有交联网络结构，所述方法包括如下步骤：所述聚合物材料分为种类相同或不同的至少两个部件，使所述聚合物材料每相邻两个部件之间的至少一个接触部位在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使所述动态共价键发生交换反应，从而形成新的交联网络结构以实现聚合物材料的焊接固定，其中，所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中。
[0020]
本技术至少具有以下有益效果：
[0021]
本技术的催化剂溶于溶剂中，可以实现室温环境下溶胀聚合物材料并使动态共价键发生交换反应，降低了工艺难度和生产成本。
[0022]
本技术的方法简单、易操作、且具有通用优势，既可以实现液晶弹性体单畴取向加工，又可以实现非液晶体系类玻璃高分子材料的塑形加工。
[0023]
本技术的方法通过选择性地在液晶弹性体材料上涂上适量包含催化剂的溶剂，能够将液晶弹性体材料的二维结构直接可逆地编辑成具有复杂图案的三维动态结构，不需要借助模具。
[0024]
本技术的方法能够实现不同需求以及各种复杂图案的液晶弹性体材料三维动态结构的机械化加工以及批量生产制备。
[0025]
本技术的方法能够实现不同需求以及各种复杂图案的非液晶体系类玻璃高分子材料三维结构的机械化加工以及批量生产制备。
[0026]
本技术的方法能够实现液晶弹性体材料以及非液晶体系类玻璃高分子材料的批量修复、清除及焊接工艺，且本技术的方法能够能在不移动焊接体的前提下，实现原位焊接，打破焊接时空间的限制。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
[0028]
图1是本技术一实施例的液晶弹性体材料取向加工示意图。
[0029]
图2是本技术一实施例的单畴取向的液晶弹性体材料在加热条件下实现自发的可逆伸缩形变的示意图。
[0030]
图3是本技术一实施例的液晶弹性体材料图案化加工示意图。
[0031]
图4是本技术一实施例的聚合物材料划痕修复示意图。
[0032]
图5是本技术一实施例的聚合物材料焊接示意图。
[0033]
图6是本技术另一实施例的聚合物材料孔洞修补示意图。
具体实施方式
[0034]
为了使本技术的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本技术，并非为了限定本技术。
[0035]
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0036]
在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”、“一个或多个”中的“多种(个)”的含义是两种(个)以上。
[0037]
本技术的上述发明内容并不意欲描述本技术中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实施例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
[0038]
本技术的第一方面提供了一种用于对包含动态共价键的交联网络结构的聚合物材料进行取向加工的方法，所述方法包括如下步骤：s10，使所述聚合物材料的交联网络结构中的至少部分分子链沿预定方向取向；s20，使所述聚合物材料在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使所述动态共价键发生交换反应，从而形成新的交联网络结构，其中，所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中。
[0039]
动态共价键是一类可逆的共价键，它们能在一定的环境条件(如温度、ph值、光等)
下断裂和重组，并达到热力学平衡，此平衡反应又称为动态共价键的交换反应。通过将可催化动态共价键交换反应的催化剂溶于溶剂中并溶胀所述聚合物材料中经预取向的分子链，可以使聚合物材料中的动态共价键发生交换反应，从而形成新的交联网络，该取向加工方法简单、易操作。
[0040]
现有技术通常将催化剂负载在聚合物材料中，动态共价键的交换反应往往需要在高温加热的条件下才能进行，而本技术将催化剂溶于溶剂中，可以实现较低的温度环境甚至室温环境(例如15℃～35℃)下溶胀聚合物材料并使动态共价键发生交换反应，大大降低了工艺难度和生产成本。
[0041]
将催化剂溶于溶剂中溶胀处理聚合物材料，还能实现聚合物材料的定点取向加工。
[0042]
在一些实施例中，所述溶剂溶胀处理的部位可为所述聚合物材料的局部或整体。
[0043]
在一些实施例中，所述聚合物材料的形状可为块体状、筒状、柱状或片状。所述片状优选可为薄片状或薄膜状。
[0044]
在一些实施例中，所述动态共价键可包括动态酯交换共价键。
[0045]
在一些实施例中，所述聚合物材料可为液晶弹性体材料或非液晶体系类玻璃高分子材料。其中，所述液晶弹性体材料可以含有催化剂，也可以不含有催化剂。所述非液晶体系类玻璃高分子材料可以含有催化剂，也可以不含有催化剂。液晶弹性体材料和非液晶体系类玻璃高分子材料含有催化剂时，可以加快动态共价键交换反应的速度。
[0046]
优选地，所述液晶弹性体材料可为环氧液晶弹性体材料。
[0047]
优选地，所述非液晶体系类玻璃高分子材料可为非液晶体系类的环氧类弹性体材料。
[0048]
在一些实施例中，在步骤s10中，既可以使所述聚合物材料的交联网络结构中的部分分子链沿预定方向取向，也可以使所述聚合物材料的交联网络结构中的全部分子链沿预定方向取向，本领域技术人员可根据实际需求进行选择。
[0049]
参照图1，在一些实施例中，在步骤s10中，使所述聚合物材料的交联网络结构中的至少部分分子链沿预定方向取向的方法包括：对所述液晶弹性体材料进行预拉伸处理。优选地，所述预拉伸处理温度高于所述液晶弹性体材料的玻璃化转变温度(tg)。预拉伸处理温度高于液晶弹性体材料的玻璃化转变温度时，液晶弹性体材料会变软，更容易进行拉伸塑形。对所述液晶弹性体材料预拉伸的程度也没有特别的限制，还可以拉伸至最大程度。例如，将液晶弹性体材料预拉伸至伸长率为80％～200％。
[0050]
通常意义上的液晶弹性体材料是指多畴液晶弹性体材料，多畴液晶弹性体材料中液晶基元没有宏观地、整体地排列和取向，液晶基元在液晶相
‑
各向同性相转变时，所产生的微小形变是无规的，故而整个样品宏观上体现不出形状的改变。单畴液晶弹性体材料是指液晶弹性体材料中的液晶基元基本上全部沿特定方向取向和排列，定向排列后，在发生液晶相
‑
各向同性相转变时，液晶基元在有序
‑
无序之间切换，产生的微小形变因方向基本相同，能在整个样品上宏观地体现出来。因此，单畴液晶弹性体材料可有自发的可逆形变。自发的可逆形变，是指感知外界刺激后，即可自发地做出响应，待外界刺激消除后，又可自发地回复至响应前的状态。在本技术的方法中，所述液晶弹性体材料经预拉伸处理后，取向状态将由无序变得有序，经过溶剂溶胀处理动态共价键发生交换反应后，所述液晶弹性体
材料的取向固定，最终可得到单畴取向的液晶弹性体材料。参照图2，单畴取向的液晶弹性体材料在加热条件下可实现自发的可逆伸缩形变。例如，当加热温度低于单畴取向的液晶弹性体材料的液晶相转变温度(ti)时，单畴取向的液晶弹性体材料的形状保持不变；当加热温度大于等于单畴取向的液晶弹性体材料的液晶相转变温度(ti)时，单畴取向的液晶弹性体材料会收缩至初始形态(即预拉伸处理前的形态)。
[0051]
在一些实施例中，在步骤s10中，使所述聚合物材料的交联网络结构中的至少部分分子链沿预定方向取向的方法还包括：对所述非液晶体系类玻璃高分子材料进行预塑形处理。其中，所述预塑形处理的方式没有特别的限制，可包括拉伸处理、弯曲处理、扭转处理中的一种或多种。对非液晶体系类玻璃高分子材料进行预塑形处理时，还可以借助外力。非液晶体系类玻璃高分子材料具有交联网络，常温下像热固性树脂一样不能溶解也不能熔融，但其中包含的动态共价键能在一定刺激下进行拓扑结构重组，并保持化学键和交联密度基本不变，既保持原有的交联密度又具有类似热塑性树脂的流动性，实现重新塑形加工。预塑形处理后的非液晶体系类玻璃高分子材料经过后续的溶剂溶胀处理并使动态共价键发生交换反应后，可以保持预塑形处理后的取向固定，实现非液晶体系类玻璃高分子材料的重新塑形加工。
[0052]
因此，本技术的取向加工方法具有通用优势，既可以实现液晶弹性体单畴取向加工，又可以实现非液晶体系类玻璃高分子材料的塑形加工。
[0053]
溶剂可激活催化剂与动态共价键的交换反应，使聚合物材料内部的动态共价键发生断裂和重组。在一些实施例中，所述溶剂可包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃(thf)中的一种或多种。
[0054]
在一些实施例中，所述催化剂可为碱性催化剂。优选地，所述碱性催化剂可包括1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯(tbd)、醋酸锌、三苯基膦钯中的一种或多种。
[0055]
所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中形成催化剂溶液，所述催化剂溶液的浓度没有特别的限制，可根据溶剂种类的不同以及所需效果的不同进行适当调配。在一些实施例中，优选地，所述催化剂溶液的浓度可为0.0005g/ml～0.1g/ml。
[0056]
在一些实施例中，在步骤s20中，溶胀的温度可为15℃～100℃。例如，溶胀的温度可为15℃～80℃，15℃～60℃，15℃～45℃，或15℃～35℃(即室温温度)。
[0057]
在一些实施例中，在步骤s20中，溶胀的时间没有具体的限制，可以根据所需要的溶胀效果确定。例如，溶胀到聚合物材料完全透明或者溶胀至聚合物材料的体积达到饱和。优选地，溶胀的时间为1h以下。
[0058]
在一些实施例中，使所述溶剂溶胀所述聚合物材料的方式没有特别的限制。例如，可包括手动滴涂、点胶机滴涂、印章压印、旋涂中的一种或多种。参照图1，所述溶剂溶胀所述聚合物材料的方式为手动滴涂。
[0059]
在一些实施例中，用于对包含动态共价键的交联网络结构的聚合物材料进行取向加工的方法还可包括步骤：s30，干燥除去溶剂。干燥除去溶剂的方式没有特别的限制，可以使溶剂自然蒸干，也可以稍加热加速溶剂的挥发。溶剂的存在会使聚合物材料中的动态共价键继续发生交换反应，使形成的新的交联网络结构不能很好地固定。
[0060]
在一些实施例中，步骤s10和步骤s20顺序可调换，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。例如，可先执行步骤s10再执行步骤s20，即首先使所述聚合物材料的交联网络
结构中的至少部分分子链沿预定方向取向，然后使所述聚合物材料中经预取向的分子链在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触；也可先执行步骤s20再执行步骤s10，即先使聚合物材料在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，再使所述聚合物材料的交联网络结构中的至少部分分子链沿预定方向取向。
[0061]
本技术的第二方面提供了一种用于对包含动态共价键的交联网络结构的聚合物材料进行图案化加工的方法，所述方法包括如下步骤：s100，使所述聚合物材料的交联网络结构中的至少部分分子链沿预定方向取向；s200，使所述聚合物材料在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使所述动态共价键发生交换反应，从而形成新的交联网络结构进而使所述聚合物材料具有不同的图案，其中，所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中。
[0062]
在一些实施例中，所述聚合物材料的形状可为块体状、筒状、柱状或片状。所述片状优选可为薄片状或薄膜状。
[0063]
在一些实施例中，所述溶剂溶胀处理的部位可为所述聚合物材料的局部或整体。参照图3，所述溶剂溶胀处理的部位为所述聚合物材料的局部。
[0064]
在一些实施例中，所述动态共价键可包括动态酯交换共价键。
[0065]
在一些实施例中，所述聚合物材料可为液晶弹性体材料或非液晶体系类玻璃高分子材料。其中，所述液晶弹性体材料可以含有催化剂，也可以不含有催化剂。所述非液晶体系类玻璃高分子材料可以含有催化剂，也可以不含有催化剂。液晶弹性体材料和非液晶体系类玻璃高分子材料含有催化剂时，可以加快动态共价键交换反应的速度。
[0066]
优选地，所述液晶弹性体材料可为环氧液晶弹性体材料。
[0067]
优选地，所述非液晶体系类玻璃高分子材料可为非液晶体系类的环氧类弹性体材料。
[0068]
在一些实施例中，在步骤s100中，使所述聚合物材料的交联网络结构中的至少部分分子链沿预定方向取向的方法包括：对所述液晶弹性体材料进行预拉伸处理。优选地，所述预拉伸处理温度高于所述液晶弹性体材料的玻璃化转变温度(tg)。对所述液晶弹性体材料预拉伸的程度也没有特别的限制，还可以拉伸至最大程度。例如，将液晶弹性体材料预拉伸至伸长率为80％～200％。所述液晶弹性体材料中经预拉伸处理部位与未经预拉伸处理部位的取向程度不同，经预拉伸处理部位在溶剂溶胀处理并使动态共价键发生交换反应后实现取向固定，由此可以使液晶弹性体材料具有三维动态结构。
[0069]
参照图3，本技术通过选择性地在预拉伸处理的液晶弹性体材料上涂覆适量包含催化剂的溶剂，能够将液晶弹性体材料的二维结构直接可逆地编辑成具有复杂图案的三维动态结构，且不需要借助模具。本技术的图案化加工方法能够实现不同需求以及各种复杂图案的液晶弹性体材料三维动态结构的机械化加工以及批量生产制备。
[0070]
在一些实施例中，在步骤s100中，使所述聚合物材料的交联网络结构中的至少部分分子链沿预定方向取向的方法还包括：对所述非液晶体系类玻璃高分子材料进行预塑形处理。其中，所述预塑形处理的方式没有特别的限制，可包括拉伸处理、弯曲处理、弯折处理、扭转处理中的一种或多种。对非液晶体系类玻璃高分子材料进行预塑形处理时，还可以借助外力。预塑形处理的目的是使非液晶体系类玻璃高分子材料在外力作用下形成所需的三维结构，之后经溶剂溶胀处理并使动态共价键发生交换反应而使非液晶体系类玻璃高分
子材料的三维结构固定。
[0071]
因此，本技术的图案化加工方法具有通用优势，既可以实现液晶弹性体材料三维动态结构的加工，又可以实现非液晶体系类玻璃高分子材料三维结构的加工。
[0072]
溶剂可激活催化剂与动态共价键的交换反应，使聚合物材料内部的动态共价键发生断裂和重组。在一些实施例中，所述溶剂可包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃(thf)中的一种或多种。
[0073]
在一些实施例中，所述催化剂可为碱性催化剂。优选地，所述碱性催化剂可包括1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯(tbd)、醋酸锌、三苯基膦钯中的一种或多种。
[0074]
所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中形成催化剂溶液，对催化剂溶液的浓度没有特别的限制，可根据溶剂种类的不同以及所需效果的不同进行适当调配。在一些实施例中，优选地，所述催化剂溶液的浓度可为0.0005g/ml～0.1g/ml。
[0075]
在一些实施例中，在步骤s200中，溶胀的温度可为15℃～100℃。例如，溶胀的温度可为15℃～80℃，15℃～60℃，15℃～45℃，或15℃～35℃(即室温温度)。
[0076]
在一些实施例中，在步骤s200中，溶胀的时间没有具体的限制，可以根据所需要的溶胀效果确定。例如，溶胀到聚合物材料完全透明或者溶胀至聚合物材料的体积达到饱和。优选地，溶胀的时间为1h以下。
[0077]
在一些实施例中，使所述溶剂溶胀所述聚合物材料的方式没有特别的限制。例如，可包括手动滴涂、点胶机滴涂、印章压印、旋涂中的一种或多种。
[0078]
在一些实施例中，用于对包含动态共价键的交联网络结构的聚合物材料进行图案化加工的方法还可包括步骤：s300，干燥除去溶剂。干燥除去溶剂的方式没有特别的限制，可以使溶剂自然蒸干，也可以稍加热加速溶剂的挥发。溶剂的存在会使聚合物材料中的动态共价键继续发生交换反应，使形成的新的交联网络结构以及聚合物材料的图案不能很好地固定。
[0079]
本技术的第三方面提供了一种用于对包含动态共价键的交联网络结构的聚合物材料进行修复的方法，所述方法包括如下步骤：使所述聚合物材料的损伤待修复部位在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使所述动态共价键发生交换反应，从而在所述损伤待修复部位形成新的交联网络结构进而实现修复，其中，所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中。
[0080]
在一些实施例中，所述聚合物材料的形状可为块体状、筒状、柱状或片状。所述片状优选可为薄片状或薄膜状。
[0081]
在一些实施例中，所述损伤可包括划痕、微裂纹、孔洞中的一种或多种。
[0082]
在一些实施例中，所述动态共价键可包括动态酯交换共价键。
[0083]
在一些实施例中，所述聚合物材料可为液晶弹性体材料或非液晶体系类玻璃高分子材料。其中，所述液晶弹性体材料可为单畴或多畴液晶弹性体材料。所述液晶弹性体材料可以含有催化剂，也可以不含有催化剂。所述非液晶体系类玻璃高分子材料可以含有催化剂，也可以不含有催化剂。液晶弹性体材料和非液晶体系类玻璃高分子材料含有催化剂时，可以加快动态共价键交换反应的速度。
[0084]
优选地，所述液晶弹性体材料可为环氧液晶弹性体材料。
[0085]
优选地，所述非液晶体系类玻璃高分子材料可为非液晶体系类的环氧类弹性体材
料。
[0086]
溶剂可激活催化剂与动态共价键的交换反应，使聚合物材料内部的动态共价键发生断裂和重组。在一些实施例中，所述溶剂可包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃(thf)中的一种或多种。
[0087]
在一些实施例中，所述催化剂可为碱性催化剂。优选地，所述碱性催化剂可包括1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯(tbd)、醋酸锌、三苯基膦钯中的一种或多种。
[0088]
所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中形成催化剂溶液，对催化剂溶液的浓度没有特别的限制，可根据溶剂种类的不同以及所需效果的不同进行适当调配。在一些实施例中，优选地，所述催化剂溶液的浓度可为0.0005g/ml～0.1g/ml。
[0089]
在一些实施例中，溶胀的温度可为15℃～100℃。例如，溶胀的温度可为15℃～80℃，15℃～60℃，15℃～45℃，或15℃～35℃(即室温温度)。
[0090]
在一些实施例中，溶胀的时间没有具体的限制，可以根据所需要的溶胀效果确定。例如，溶胀到聚合物材料完全透明或者溶胀至聚合物材料的体积达到饱和。优选地，溶胀的时间为1h以下。
[0091]
在一些实施例中，使所述溶剂溶胀所述聚合物材料的方式没有特别的限制。例如，可包括手动滴涂、点胶机滴涂、印章压印、旋涂中的一种或多种。
[0092]
在一些实施例中，用于对包含动态共价键的交联网络结构的聚合物材料进行修复的方法还可包括步骤：干燥除去溶剂。溶剂的存在会使聚合物材料中的动态共价键继续发生交换反应，使形成的新的交联网络结构不能很好地固定，影响聚合物材料的修复效果。
[0093]
干燥除去溶剂的方式没有特别的限制，可以使溶剂自然蒸干，也可以稍加热加速溶剂的挥发。
[0094]
本技术的第四方面提供了一种用于对包含动态共价键的交联网络结构的聚合物材料进行清除的方法，所述方法包括如下步骤：使所述聚合物材料的待清除部位在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使所述动态共价键发生交换反应进而所述待清除部位被清除，其中，所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中。
[0095]
在一些实施例中，所述动态共价键可包括动态酯交换共价键。
[0096]
在一些实施例中，所述聚合物材料可为液晶弹性体材料或非液晶体系类玻璃高分子材料。其中，所述液晶弹性体材料可为单畴或多畴液晶弹性体材料。所述液晶弹性体材料可以含有催化剂，也可以不含有催化剂。所述非液晶体系类玻璃高分子材料可以含有催化剂，也可以不含有催化剂。液晶弹性体材料和非液晶体系类玻璃高分子材料含有催化剂时，可以加快动态共价键交换反应的速度。
[0097]
优选地，所述液晶弹性体材料可为环氧液晶弹性体材料。
[0098]
优选地，所述非液晶体系类玻璃高分子材料可为非液晶体系类的环氧类弹性体材料。
[0099]
溶剂可激活催化剂与动态共价键的交换反应，使聚合物材料内部的动态共价键发生断裂和重组。在一些实施例中，所述溶剂可包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃(thf)中的一种或多种。
[0100]
在一些实施例中，所述催化剂可为碱性催化剂。优选地，所述碱性催化剂可包括1,
5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯(tbd)、醋酸锌、三苯基膦钯中的一种或多种。
[0101]
在一些实施例中，溶解温度可为15℃～100℃。例如，溶解的温度可为15℃～80℃，15℃～60℃，15℃～45℃，或15℃～35℃(即室温温度)。
[0102]
所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中形成催化剂溶液，对所述催化剂的浓度没有特别的限制，只要能使聚合物完全溶解即可。在一些实施例中，优选地，所述催化剂的浓度可为0.01g/ml～0.5g/ml。
[0103]
在一些实施例中，使所述溶剂溶胀所述聚合物材料的方式没有特别的限制。例如，可包括手动滴涂、点胶机滴涂、印章压印、旋涂中的一种或多种。
[0104]
在一些实施例中，所述聚合物材料的待清除部位可浸泡在所述溶剂中。
[0105]
本技术的第五方面提供了一种用于对包含动态共价键的交联网络结构的聚合物材料进行焊接的方法，所述方法包括如下步骤：
[0106]
所述聚合物材料分为种类相同或不同的至少两个部件，使所述聚合物材料每相邻两个部件之间的至少一个接触部位在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使所述动态共价键发生交换反应，从而形成新的交联网络结构以实现聚合物材料的焊接固定，其中，所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中。
[0107]
在一些实施例中，所述聚合物材料的形状可为块体状、筒状、柱状或片状。所述片状优选可为薄片状或薄膜状。
[0108]
在一些实施例中，所述动态共价键可包括动态酯交换共价键。
[0109]
在一些实施例中，所述聚合物材料可为液晶弹性体材料或非液晶体系类玻璃高分子材料。其中，所述液晶弹性体材料可为单畴或多畴液晶弹性体材料。所述液晶弹性体材料可以含有催化剂，也可以不含有催化剂。所述非液晶体系类玻璃高分子材料可以含有催化剂，也可以不含有催化剂。液晶弹性体材料和非液晶体系类玻璃高分子材料含有催化剂时，可以加快动态共价键交换反应的速度。
[0110]
优选地，所述液晶弹性体材料可为环氧液晶弹性体材料。
[0111]
优选地，所述非液晶体系类玻璃高分子材料可为非液晶体系类的环氧类弹性体材料。
[0112]
本技术的焊接方法既适用于同种或不同种液晶弹性体材料的焊接，也适用于同种或不同种非液晶体系类玻璃高分子材料的焊接，还适用于液晶弹性体材料和非液晶体系类玻璃高分子材料的焊接。
[0113]
本技术的方法能够能在不移动焊接体的前提下，实现原位焊接，打破焊接时空间的限制。本技术的焊接方法将催化剂溶于溶剂中溶胀处理待焊接部位，还能够实现聚合物材料的定点焊接。
[0114]
溶剂可激活催化剂与动态共价键的交换反应，使聚合物材料内部的动态共价键发生断裂和重组。在一些实施例中，所述溶剂可包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃(thf)中的一种或多种。
[0115]
在一些实施例中，所述催化剂可为碱性催化剂。优选地，所述碱性催化剂可包括1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯(tbd)、醋酸锌、三苯基膦钯中的一种或多种。
[0116]
所述可催化动态共价键交换反应的催化剂溶解在所述溶剂中形成催化剂溶液，对催化剂溶液的浓度没有特别的限制，可根据溶剂种类的不同以及所需效果的不同进行适当
调配。在一些实施例中，优选地，所述催化剂溶液的浓度可为0.0005g/ml～0.1g/ml。
[0117]
在一些实施例中，溶胀的温度可为15℃～100℃。例如，溶胀的温度可为15℃～80℃，15℃～60℃，15℃～45℃，或15℃～35℃(即室温温度)。
[0118]
在一些实施例中，溶胀的时间没有具体的限制，可以根据所需要的溶胀效果确定。例如，溶胀到聚合物材料完全透明或者溶胀至聚合物材料的体积达到饱和。优选地，溶胀的时间为1h以下。
[0119]
在一些实施例中，使所述溶剂溶胀所述聚合物材料的方式没有特别的限制。例如，可包括手动滴涂、点胶机滴涂、印章压印、旋涂中的一种或多种。
[0120]
在一些实施例中，用于对包含动态共价键的交联网络结构的聚合物材料进行焊接的方法还可包括步骤：干燥除去溶剂。溶剂的存在会使聚合物材料中的动态共价键继续发生交换反应，使形成的新的交联网络结构不能很好地固定，影响焊接效果。干燥除去溶剂的方式没有特别的限制，可以使溶剂自然蒸干，也可以稍加热加速溶剂的挥发。
[0121]
在一些实施例中，用于对包含动态共价键的交联网络结构的聚合物材料进行焊接的方法还可包括步骤：施加外力使所述聚合物材料每相邻两个部件之间的至少一个接触部位在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使聚合物材料的焊接更牢固。
[0122]
利用聚合物材料的焊接方法还可以对聚合物材料中的孔洞进行修补。具体包括如下步骤：从另一聚合物材料中剪出一个面积比上述孔洞直径大的片材，之后将片材覆盖在聚合物材料的孔洞上，使二者的接触部位在溶剂中溶胀的状态下与可催化动态共价键交换反应的催化剂接触，以使所述动态共价键发生交换反应，从而形成新的交联网络结构以实现片材与聚合物材料的焊接固定，完成聚合物材料中孔洞的修补。
[0123]
下面结合实施例进一步阐述本技术。应该理解的是，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本技术公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
[0124]
实施例1
[0125]
(1)多畴液晶弹性体样片的制备
[0126]
将0.298g(1mmol)环氧树脂液晶基元对联苯二酚二缩水甘油醚(dge
‑
dhbp)和0.202g(1mmol)癸二酸的混合物置于覆盖有聚四氟乙烯(ptfe)膜的培养皿中，于加热套中在180℃条件下熔融，并轻轻搅拌使其混合均匀。再加入13.9mg(0.1mmol)1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯(tbd)，边加入边搅拌使混合物混合均匀，待反应体系粘度增大但还未反应至固体仍可以拉丝时取出稍冷却得到预聚物。将预聚物放在两层聚四氟乙烯(ptfe)膜中，用锡纸作为垫片来控制预聚物薄膜的厚度，之后将预聚物在压片机中于6mpa、180℃条件下热压并固化6h，即得到目标厚度的液晶弹性体(xlce)样片，此时得到的xlce样片为多畴环氧液晶弹性体材料。
[0127]
(2)多畴液晶弹性体样片的单畴取向加工
[0128]
将制得的多畴环氧液晶弹性体样片裁切成长方形样条，并将长方形样条的两端固定，然后置于热台上加热，等到温度大于环氧液晶弹性体材料的玻璃化转变温度后，将长方
形样条沿长度方向单向拉伸至伸长率为100％左右。
[0129]
将1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯溶于二氯甲烷中制备得到催化剂溶液，其中，1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯在溶液中的浓度为0.005g/ml。
[0130]
室温环境下，向预拉伸的长方形样条上滴加上述催化剂溶液使预拉伸的长方形样条在溶胀状态下与催化剂接触，以使长方形样条中的动态酯交换共价键发生交换反应，形成新的交联网络结构，并固定长方形样条的取向。
[0131]
待催化剂溶液中的溶剂自然蒸干后，将取向固定的长方形样条放到热台上加热，参照图2，长方形样条在环氧液晶弹性体材料的液晶相转变温度(ti)会出现可逆的伸缩现象。加热温度低于环氧液晶弹性体材料的液晶相转变温度(ti)时，长方形样条的形状保持不变；加热温度大于等于环氧液晶弹性体材料的液晶相转变温度(ti)时，长方形样条会收缩。
[0132]
(3)多畴液晶弹性体样片的图案化加工
[0133]
将制得的多畴环氧液晶弹性体样片裁切成长方形样条，并将长方形样条的两端固定，然后置于热台上加热，等到温度大于环氧液晶弹性体材料的玻璃化转变温度后，将长方形样条沿长度方向单向拉伸至伸长率为100％左右。
[0134]
将1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯溶于二氯甲烷中制备得到催化剂溶液，其中，1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯在溶液中的浓度为0.005g/ml。
[0135]
参照图3，室温环境下，在预拉伸的长方形样条上画一个五角星，然后用催化剂溶液溶胀五角星部分，使预拉伸的长方形样条在溶胀状态下与催化剂接触，以使长方形样条中的动态酯交换共价键发生交换反应，形成新的交联网络结构并固定取向。待催化剂溶液中的溶剂自然蒸干后，得到长方形样条上只有五角星区域被部分取向的样品。
[0136]
(4)多畴液晶弹性体样片的修复
[0137]
参照图4，将制得的多畴环氧液晶弹性体样片用小刀刻出数道划痕。
[0138]
将1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯溶于二氯甲烷中制备得到催化剂溶液，其中，1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯在溶液中的浓度为0.005g/ml。
[0139]
室温环境下，将多畴环氧液晶弹性体样片置于催化剂溶液中，过一段时间后取出观察，多畴环氧液晶弹性体样片表面的划痕均消失。
[0140]
(5)多畴液晶弹性体样片的焊接加工
[0141]
将1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯溶于二氯甲烷中制备得到催化剂溶液，其中，1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯在溶液中的浓度为0.005g/ml。
[0142]
室温环境下，将两片制得的多畴环氧液晶弹性体样片置于催化剂溶液中，待样片由白色溶胀至完全透明时，用镊子取出。参照图5，将两片已溶胀的样片的一端重叠，然后夹在两片玻璃片中间，给玻璃片施加一定的压力并保持一段时间，使样片完全融焊在一起。移走玻璃片，取出样片使其自然放置，待催化剂溶液中的溶剂自然挥发，两片样片焊接成功。
[0143]
(6)废弃液晶弹性体样条的溶解
[0144]
从制得的多畴环氧液晶弹性体样片裁切出长
×
宽为1.5cm
×
5mm的长方形样条。
[0145]
将1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯溶于二氯甲烷中制备得到催化剂溶液，其中，1,5,7
‑
三氮杂二环[4.4.0]癸
‑5‑
烯在溶液中的浓度为0.25g/ml。
[0146]
室温环境下，将长
×
宽为1.5cm
×
5mm的环氧液晶弹性体废弃样条完全浸泡在上述
催化剂溶液中，过一段时间后，发现废弃样条已经完全溶解。
[0147]
实施例2
[0148]
(1)多畴液晶弹性体样片的制备
[0149]
将0.340g(1mmol)4,4
’‑
二羟基
‑
α
‑
甲基
‑
1,2
‑
二苯乙烯二缩水甘油醚(dge
‑
dhms)和0.202g(1mmol)癸二酸的混合物置于覆盖有聚四氟乙烯(ptfe)膜的培养皿中，于加热套中在180℃条件下熔融，并轻轻搅拌使其混合均匀。待反应体系粘度增大但还未反应至固体仍可以拉丝时取出稍冷却得到预聚物。将预聚物放在两层聚四氟乙烯(ptfe)膜中，用锡纸作为垫片来控制预聚物薄膜的厚度，之后将预聚物在压片机中于6mpa、180℃条件下热压并固化6h，即得到目标厚度的液晶弹性体样片。
[0150]
(2)多畴液晶弹性体样片的单畴取向加工
[0151]
将醋酸锌溶于二氯甲烷中制备得到催化剂溶液，其中，醋酸锌在溶液中的浓度为0.005g/ml。
[0152]
将制得的多畴环氧液晶弹性体样片裁切成长方形样条，室温环境下，将长方形样条置于上述催化剂溶液中使长方形样条在溶剂溶胀状态下与催化剂接触，待长方形样条由白色溶胀至完全透明时，用镊子取出。待催化剂溶液中的溶剂蒸发至样条回复原长时，将长方形样条拉伸至原长的2倍，然后两端固定，在60℃以上蒸干溶剂，以使长方形样条中的动态酯交换共价键发生交换反应，形成新的交联网络结构，最终固定取向。
[0153]
将取向固定的长方形样条放到热台上加热，参照图2，长方形样条在环氧液晶弹性体材料的液晶相转变温度(ti)会出现可逆的伸缩现象。加热温度低于环氧液晶弹性体材料的液晶相转变温度(ti)时，长方形样条的形状保持不变；加热温度大于等于环氧液晶弹性体材料的液晶相转变温度(ti)时，长方形样条会收缩。
[0154]
(3)多畴液晶弹性体样片的图案化加工
[0155]
将制得的多畴环氧液晶弹性体样片裁切成长方形样条，并将长方形样条的两端固定，然后置于热台上加热，等到温度大于环氧液晶弹性体材料的玻璃化转变温度后，将长方形样条沿长度方向单向拉伸至伸长率为80％左右。
[0156]
将醋酸锌溶于二氯甲烷中制备得到催化剂溶液，其中，醋酸锌在溶液中的浓度为0.005g/ml。
[0157]
室温环境下，参照图3，在预拉伸的长方形样条上画一个五角星，然后用催化剂溶液溶胀五角星部分，使预拉伸的长方形样条在溶胀状态下与催化剂接触，以使长方形样条中的动态酯交换共价键发生交换反应，形成新的交联网络结构并固定取向。待催化剂溶液中的溶剂自然蒸干后，得到长方形样条上只有五角星区域被部分取向的样品。
[0158]
(4)多畴液晶弹性体样片的修复
[0159]
参照图4，将制得的多畴环氧液晶弹性体样片用小刀刻出数道划痕。
[0160]
将醋酸锌溶于二氯甲烷中制备得到催化剂溶液，其中，醋酸锌在溶液中的浓度为0.005g/ml。
[0161]
室温环境下，然后将多畴环氧液晶弹性体样片置于催化剂溶液中，过一段时间后取出观察，多畴环氧液晶弹性体样片表面的划痕均消失。
[0162]
(5)多畴液晶弹性体样片的孔洞修补
[0163]
将醋酸锌溶于二氯甲烷中制备得到催化剂溶液，其中，醋酸锌在溶液中的浓度为
0.005g/ml。
[0164]
室温环境下，将一个多畴环氧液晶弹性体样片中间剪出一个小孔，然后再从另一个多畴环氧液晶弹性体样片上剪出一个面积比小孔直径大的正方形样片。将上述两个样片置于催化剂溶液中，待样片由白色溶胀至完全透明时，用镊子取出。参照图6，将正方形样片盖在带孔洞的样片上，然后夹在两片玻璃片中间，给玻璃片施加一定的压力并保持一段时间，使两个样片完全融焊在一起。移走玻璃片，取出样片使其自然放置，待催化剂溶液中的溶剂自然挥发，样片中的孔洞修补成功。
[0165]
(6)废弃液晶弹性体样条的溶解
[0166]
将制得的多畴环氧液晶弹性体样片裁切成长
×
宽为1.5cm
×
5mm的长方形样条。
[0167]
将醋酸锌溶于二氯甲烷中制备得到催化剂溶液，其中，醋酸锌在溶液中的浓度为0.1g/ml。
[0168]
室温环境下，将一个长
×
宽为1.5cm
×
5mm的环氧液晶弹性体废弃样条完全浸泡在上述催化剂溶液中，过一段时间后，发现废弃样条已经完全溶解。
[0169]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。