船舶、海洋结构物及钢结构通常都需要涂覆涂层材料实现保护目的。但防护涂层在服役时,除了受到环境介质的腐蚀、海洋生物的附着污损外,还会受到海面漂浮物等的撞击擦伤。近年来,具有自愈合性能的材料及涂料得到广泛的关注。研究较多的外援型自愈合材料依靠预先包埋在材料或涂料的微胶囊破裂实现对损伤区域的修复。而本征型自愈合材料则依靠本体自身的化学结构与性质实现损伤的自愈合。聚氨酯弹性材料被证明是一种本征型的自愈合材料。为了顺应绿色环保理念,防护涂料水性化已成发展的必然选择。因此,水性聚氨酯弹性材料及涂层的自愈合行为机理研究具有重要科学意义和工程价值。本文自主设计合成了硬段重量分别为25%、30%、35%、40%、45%的PPG-BDO-TDI型聚氨酯乳液,制备了相应的水性聚氨酯弹性材料,粉体增强复合材料和防护涂层。利用红外光谱、差热分析、热重分析、拉伸试验机表征了弹性材料的结构与性能。系统研究了硬段含量、愈合时间、损伤方式、多次损伤及加载速率对弹性材料自愈合行为与性能的影响,并提出了自愈合机理模型。结果表明:成功合成不同硬段含量的弹性材料,聚氨酯包含两个明显的玻璃化转变温度,表明聚氨酯中存在软硬段互不相容的微相分离结构。热重显示300℃以下,聚氨酯弹性材料有较好的耐热性。随着硬段含量增加,弹性材料的断裂强度和弹性模量增加,而延伸率下降。自愈合率随硬段含量的增加而下降,当硬段超过45%时,弹性材料完全失去自愈合能力。局部损伤弹性材料在48小时自愈合率达到最大,断裂强度最高可恢复为原始的90%,延伸率可恢复为原始的30%,愈合率要高于拉断和割断试样。试样在同一部位反复断裂,其自愈合能力不断降低,经七次断裂后彻底失去自愈合能力。随加载速率增加,试样自愈合率略升高。粉体增强复合材料自愈合率随粉体含量增加而减小,当粉体含量为3.5%,试样失去自愈合能力。机械剪切力加入粉体的自愈合率高于超声分散。不同粉体增强复合材料自愈合率由高到低为纳米二氧化硅>硅藻粉>钛白粉>碳纳米管。防护涂层自愈合率要远低于弹性材料,随硬段含量增加,自愈合率下降,40%硬段含量涂层已经失去单次损伤后的自愈合能力。