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聚合物基复合材料在加工和使用过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，并由此引发宏观裂缝而发生断裂，影响材料正常使用和缩短使用寿命。近几年，自修复技术成为高分子智能化的研究热点，并在高分子复合材料领域有了长足的进步。它不仅为修复这些内部的微裂纹提供了一种方法，同时也为延长结构材料的使用寿命提供了一种全新的方法和途径。
通过文献调研，发现目前已研究的各种自修复方法主要集中在热固性高分子材料方面，而对于热塑性高分子材料尚未有突破，其早期的工作侧重于利用加热使断裂面分子扩散缠结而修复裂纹，不是真正意义的自修复热塑性高分子材料。据此，本论文以赋予热塑性高分子材料一聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)室温自修复能力为目的，通过原子转移自由基本体聚合制备“活性”PMMA基体，并植入含乙烯基单体的微胶囊，以满足自修复功能实现所必需的物质供给，制备出具有修复内部裂纹破坏能力的自修复型聚甲基丙烯酸甲酯复合材料。
本工作首先制备了蜜胺树脂/苯乙烯微胶囊、蜜胺树脂/苯乙烯与环氧丙烯酸双酯混合物微胶囊、蜜胺树脂/甲基丙烯酸缩水甘油酯微胶囊以及聚砜/苯乙烯微胶囊，通过多种分析手段对这些微胶囊进行了表征。然后，在室温下利用本体原子转移自由基聚合制备了“活性”PMMA，考察了其聚合反应动力学以及再引发单体聚合的能力。在此基础上，制备出含有单组分乙烯基单体微胶囊的“活性”聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，利用悬臂梁冲击实验对复合材料的自修复性能进行了有效表征，详细考察了修复剂胶囊种类、胶囊含量、胶囊大小和修复时间等因素对自修复效果的影响，并结合修复断面分析，揭示材料的自愈合微观机制。
本论文主要研究结果如下：
1、采用原位聚合的方法成功制备了分别包覆苯乙烯(St)、苯乙烯与环氧丙烯酸双酯混合物(St/E51-AA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的三种蜜胺树脂微胶囊，对微胶囊的性质进行了系统表征，具体包括粒径及其分布、化学结构、表面形态、热稳定性及囊芯含量。结果表明，微胶囊形貌及囊壁厚度主要受均质速率和芯材/壁材投料比影响，粒径大小及其分布主要由均质速率、乳化剂浓度和芯材/壁材投料比控制。另外，采用溶剂挥发相转移法制备了聚砜包覆St微胶囊，热分析结果表明，上述四种微胶囊的室温储存稳定性的大小顺序为：蜜胺树脂包覆GMA微胶囊>蜜胺树脂包覆St/E51-AA微胶囊>蜜胺树脂包覆St微胶囊>聚砜包覆St微胶囊。
2、以2-溴代异丁酸乙酯/溴化亚铜/N，N，N，N"，N"-五甲基二乙烯三胺为催化引发体系、四丁基溴化铵为相转移催化剂，成功实现了甲基丙烯酸甲酯的室温原子转移自由基本体聚合。通过FTIR、1H-NMR和GPC对聚合产物进行了表征。结果表明，聚合反应具有很好的活性特征，得到的聚合物分子量分布窄(Mw/Mn<1.20)。聚合物的扩链反应和所形成的多层夹心结构表明，所得到的聚甲基丙烯酸甲酯具有再引发单体聚合的能力。
3、制备出含有乙烯基单体微胶囊的自修复聚甲基丙烯酸甲酯复合材料。考察了修复剂胶囊种类、胶囊含量、胶囊大小和修复时间对材料自修复性能的影响。研究结果表明，在保持修复剂释放量接近的情况下，四种微胶囊修复体系对应的修复效率大小顺序为：蜜胺树脂包覆GMA微胶囊>蜜胺树脂包覆St/E51-AA微胶囊>蜜胺树脂包覆St微胶囊>聚砜包覆St微胶囊。
4、自修复复合材料的修复后冲击强度以及修复效率随胶囊含量和粒径的增大而增大，对于GMA微胶囊修复体系，当胶囊的含量和平均粒径分别为20 wt％和283μm时，修复效率达到最大(～120％)；对于St/E51-AA微胶囊修复体系，当胶囊含量和粒径分别为20 wt％和110μm时，修复效率约为80％。结合修复断裂面的激光拉曼光谱分析，发现复合材料的自修复性能随修复时间延长先增加然后趋于稳定，对于GMA微胶囊修复体系和St/E51-AA微胶囊修复体系，达到最大修复效率的时间分别约为24 h和48 h。
5、通过模拟对比实验考察了GMA和St/E51-AA两种修复剂的溶剂效应对修复效率的贡献，结果表明：单纯由溶剂作用产生的修复效率约占总修复效率的三分之一，对裂纹愈合起主要作用的是后期的聚合反应而不是溶剂效应。
6、复合材料具有多次自修复能力，随着修复剂胶囊含量增大，重复修复次数增加。尽管多次修复后效果明显下降，但仍能用于对修复性能要求不高的场合。
7、包含St/E51-AA微胶囊的自修复聚甲基丙烯酸酯复合材料在五个月的保存期内，其修复效率逐渐降低，下降的比例约在10～20％之间；而对于GMA微胶囊填充的自修复复合材料，在保存的五个月内，自修复性能基本保持稳定。
8、微胶囊大小和含量对复合材料的冲击、拉伸、弯曲等力学性能影响较大。随着微胶囊含量(0～20 wt％)的增加，复合材料的冲击性能先急剧下降然后缓慢降低。胶囊粒径越大，对材料冲击强度的劣化越明显。对于拉伸性能，随胶囊含量增加，复合材料的拉伸强度和杨氏模量下降。在微胶囊填充量一定时，微胶囊粒径的增大降低了复合材料的拉伸强度和杨氏模量。微胶囊的加入对材料弯曲性能的影响与对拉伸性能的影响规律基本一致。