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聚合物基體用于結構材料時，不論是宏觀還是微觀上都是容易受到破壞的。宏觀上是沖擊破壞，微觀上則是出現微裂紋。微裂紋影響材料的各種力學性能，如強度、剛度、尺寸穩定性等。同時影響材料的熱性能、電性能、粘彈性能。并且微裂紋也為環境老化材料提供了場所，導致材料降解和性能的下降。近幾年來,隨著復合材料技術的發展,微膠囊技術在復合材料裂紋自修復方面的應用得到了重視,并成為新型功能材料領域研究的熱點
1.微膠囊
微膠囊（microcapsule）是一種通過成膜物質將囊內空間與囊外空間隔離開來，形成特定幾何結構的微型容器，直徑一般為1～1000μm。微膠囊的優點在于形成微膠囊后，芯材料性質不受外界影響被保留下來。20世紀50年代末到60年代，人們開始研究把合成高分子的聚合方法應用于制備微膠囊，其中以界面聚合反應的成功最引人注目。70年代微膠囊制備技術工藝日益成熟，應用范圍也逐漸擴大。80年代以來，微膠囊技術研究取得更大的進展，進一步開發出粒徑在納米范圍的微納米膠囊。
微膠囊壁材是決定微膠囊性能的關鍵因素。一般來說，對囊壁材料的要求有：無毒、性能穩定、成膜性好、無刺激性、有一定的強度以及可塑性等。許多無機和有機材料都可作為囊壁材料，但高分子材料最為常用。微膠囊囊芯可以是單一的，也可以是混合的。目前修復用粘接劑多為雙組分型，使用前修復劑和固化劑必須是分開放置的。可以分別把修復劑和固化劑作為囊芯制備成微膠囊，使用時將這些微膠囊按一定比例混合后摻入基體材料。用于微膠囊自修復的芯材必須具備低黏度、低揮發和室溫下快速反應等特點，同時還要滿足壽命長，在聚合反應過程中收縮率低等特點。目前，可以作為微膠囊殼材料的高分子材料很多，主要分為天然高分子材料、半合成高分子材料和合成高分子材料，如表1-1所示。
微膠囊技術是利用成膜材料把具有分散性的固體物質、液體或氣體包覆形成一種“核一殼”結構的微小粒子技術，通過該技術得到的微小粒子即為微膠囊。將成膜材料形成的包覆膜稱為囊壁，內部被包覆的物質稱為芯材或囊芯。通常制備的微膠囊粒徑大小在5—2000μm之間，囊芯在微膠囊總質量中所占的比例可在20—95%范圍內變化。隨著現代儀器設備的開發與微膠囊技術的發展，目前已經可以制備出粒徑在1—10nm之間的納米級微膠囊。
微膠囊化（microencapsulation）過程是用囊壁材料在芯材料外層形成一層連續而薄薄包裹層的過程。按照傳統微膠囊分類方法，即根據涂層方法進行分類，可以將微膠囊的制備方法分為化學法、相分離法和物理法，如表1-2所示。
自修復復合材料是指復合材料的完整性遭到破壞后,可以自動或經由某種刺激而引發修復[9]。微膠囊技術應用于自修復復合材料是通過在復合材料制作過程中將微膠囊埋入復合材料中實現的。當材料在使用過程中產生微裂紋后,裂紋的擴展刺破預埋的微膠囊,并通過毛細現象釋放出微膠囊芯材(修復劑) ,修復劑在裂紋表面與催化劑發生聚合反應,粘接裂紋阻止裂紋進一步擴展而實現自修復。
圖1-3Kessler的自修復體系
(I) 埋植含有DCPD修復劑的微膠囊與Grubbs催化劑的樹脂基體在損傷時產生裂紋；
(II) 由于毛細作用，微膠囊破裂釋放出的DCPD修復劑滲入到裂紋平面；
(III) DCPD修復劑與分散于基體中的Grubbs催化劑接觸發生聚合反應，將裂紋黏結修復
具有自修復功能的復合材料，這一概念是由美國軍方在20世紀80年代中期首先提出的，發展至今有關自修復復合材料研究及實際應用的報道仍相對較少。近年來，隨著微膠囊技術的迅速發展，微膠囊在聚合物基復合材料裂紋自修復方面的應用逐漸得到了重視，并成為新材料領域研究的一個熱點。我們實驗室從事自修復復合材料的設計和工程技術研究十余年，在微膠囊合成和分子設計，自修復機理和應用方面具有自有知識產權和技術積累。
利用埋植微膠囊技術得到一種具有自修復功能的環氧樹脂復合材料體系，在這個體系中，微膠囊技術和高分子體系等有機結合起來，以達到修復的目的。材料修復效率η高達75%。影響復合材料修復效率的主要因素有以下幾個方面：
①修復劑要同時與增強相和樹脂基體有良好的黏接，這樣可以獲得良好的修復率；
②微膠囊與催化劑顆粒的尺寸、濃度影響著復合材料的修復率；
③原位聚合速度和聚合程度直接影響著復合材料的修復率；
④微膠囊的壁厚也對復合材料的修復率有影響。
微膠囊自修復復合材料的研究涉及到材料學、力學、化學、乳液和膠體科學等領域。研究工作還包括微膠囊囊壁的斷裂機理、微膠囊的力學性能、微膠囊的壁材與基體材料的相容性、黏結劑的擴散方式、流動性和粘接強度以及微膠囊復合材料的多次自修復能力等。
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