聚氨酯是一类具有优异的耐磨、耐臭氧、耐低温及耐化学药品性等优点的结构及性能可调的弹性体材料。在航空航天、汽车、纺织、建筑、医疗、智能检测等领域具有广泛的应用前景。通过将自修复功能引入到聚合物材料或者复合材料中，当材料受到机械或功能性损伤后，能够在一定条件下恢复到原始状态或接近原始状态，实现延长材料的使用寿命、降低维护成本的目的，是自修复功能材料研究的意义所在。　　目前，自修复材料研究普遍存在不能同时满足高机械性能和高修复效率这一关键问题，限制了自修复材料的实际应用。本文通过对聚氨酯结构进行设计，引入Diels-Alder(DA)加成键作为修复单元，制备出具有高机械性能和高修复效率的自修复聚氨酯材料。主要研究内容和结论如下:　　1.双交联点聚氨酯/石墨烯体系自修复性能研究　　采用石墨烯增强聚氨酯体系的方法制备了双交联点聚氨酯/石墨烯复合材料。以往制备的自修复材料因修复过程中的高温处理会引起小分子交联剂化合物热降解损失而影响最终修复效率。我们通过对聚氨酯分子结构设计合成了两种侧链带有的呋喃和马来酰亚胺基团聚氨酯并通过DA加成反应制备了高修复效率的自修复聚氨酯材料(PU-DA)。在本实验中制备氧化石墨烯(GO)并对其进行改性得到表面带有马来酰亚胺基团石墨烯(mGO)作为增强材料。GO可以利用表面含氧基团与聚氨酯链段发生氢键作用以促进GO在聚氨酯基质中的分散以及与聚氨酯间的界面作用，mGO除了氢键作用以外还可以通过马来酰亚胺基团与含呋喃聚氨酯链段发生共价键作用，有效促进对聚氨酯基质材料的增强效果。实验表明，石墨烯的共价改性更有利于对聚合物基质材料的增强效果，当mGO在聚氨酯中添加量为1wt％时，强度为35.17MPa，继续增加到3wt％时，强度为35.60MPa。GO在聚氨酯中添加分数为1wt％时复合材料强度达到最大值32.06MPa。继续增加GO含量，复合材料强度显示出下降趋势。　　修复测试结果表明，PU-DA体系经过三次损伤/修复循环修复效率仍可达到90.03％。对比mGO和GO增强体系，mGO能够显著提高复合材料的修复效率，经过三次损伤/修复循环，mGO复合材料最高修复效率可达到91.95％(1wt％)。但GO复合材料的修复效率已经降低至46.54％（1wt％）。可能的原因是mGO表面接枝有马来酰亚胺基团可提供DA反应基团，弥补了mGO纳米片层对聚合物链段间的DA基团加成的阻碍作用，因此获得具有优异自修复效率的材料。　　2.近红外光(NIR)修复的聚氨酯/石墨烯体系自修复性能研究　　以还原氧化石墨烯作为光热转换单元制备了可热修复和光修复的聚氨酯复合材料。虽然以DA可逆反应作为修复机理的自修复材料可获得高修复效率，但热引发只能短距离操作，并且热处理过程可能会使材料受损部位及其周围的聚合物材料的结构受到破坏，影响材料性能。因此，本实验中对mGO还原制备出表面接枝有马来酰亚胺基团的还原氧化石墨烯(rmGO)，rmGO不仅使复合材料具有近红外光辐照修复性能，而且与聚合物基质之间较强的界面结合力提高了复合材料的机械性能。实验表明，当rmGO添加量为1wt％时，复合材料拉伸强度由23.82MPa增加到31.16MPa，但继续增加rmGO添加量，复合材料强度表现出下降趋势。修复测试结果表明，复合材料在808nmNIR条件下辐照5min，添加了2wt％的rmGO的复合材料的修复效率可达到93.05％。　　此外，将AgNWs作为导电层与自修复聚氨酯复合制备导电自修复材料。AgNWs因部分嵌入到聚合物基质中，在NIR辐照下，rmGO不断将光能转化成热能，使聚氨酯底层流动带动上层AgNWs重新搭接，因此可完成对导电性的修复过程。　　3.自修复可逆非共价、共价键双网络聚氨酯体系研究　　分别以吡啶-铁离子络合反应制备单物理交联网络聚氨酯材料，吡啶-铁离子络合反应与DA化学交联键相结合制备出双网络聚氨酯材料。测试结果表明，双网络材料较单物理网络材料的机械性能有明显的提高。另外，在对双网络材料施加外力时，金属配位键可作为牺牲键先于DA共价键断裂，赋予双网络材料较好的抗疲劳性能。　　金属配位键和DA可逆共价键使材料具有自修复性能。修复测试结果表明，在不同温度下（室温、40℃、60℃）修复损伤材料，温度越高，材料修复效果越好。原因可能是高温使聚氨酯分子链的运动加快，加速的损伤表面分子链相互缠结有助于修复。另外，高温环境有利于Fe3+的自由运动，加速与未络合的吡啶重新配位，也有利于DA键的加成。FeCl3溶液辅助修复的研究表明，单物理交联网络聚氨酯材料的修复效率接近100％，双网络材料随着PUE质量分数增加，修复效率略有下降。