環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料(FRP)因其具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、電絕緣性能優(yōu)異等特性,被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車船舶、建筑等領(lǐng)域。然而,環(huán)氧樹脂固化后交聯(lián)密度大,分子鏈活動(dòng)能力差,其脆性、韌性和抗沖擊性能均較低,限制了其應(yīng)用范圍。為拓展其應(yīng)用領(lǐng)域,許多科研工作者在環(huán)氧樹脂基體中引入各種增韌劑,以期降低其脆性,提高其韌性,進(jìn)而擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。

目前,在各種增韌劑中,超支化聚合物由于具有高度支化的三維結(jié)構(gòu)、低分子量、高反應(yīng)活性、低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等特點(diǎn),在改性環(huán)氧樹脂方面具有很大的潛力。超支化聚合物是由幾十個(gè)甚至上百個(gè)單體通過(guò)聚合反應(yīng)生成的高分子聚合物,其分子結(jié)構(gòu)具有高度支化的三維結(jié)構(gòu),分子鏈間相互作用小,鏈段運(yùn)動(dòng)相對(duì)容易,因此,具有低熔點(diǎn)、低粘度、高溶解性等特性。與線型高分子聚合物相比,超支化聚合物具有更為優(yōu)異的柔韌性、流變性和更高的反應(yīng)活性。由于超支化聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有很高的反應(yīng)活性,可在分子鏈的支鏈上引入多種官能團(tuán),通過(guò)與環(huán)氧樹脂的相互作用,達(dá)到改性的目的。本研究小組將超支化聚氨酯作為增韌劑用于改性環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料并取得良好的成果。

超支化聚氨酯(HPU)是以多元醇為起始劑,與異氰酸酯反應(yīng)制得的低聚物。由于其具有高度支化的三維結(jié)構(gòu)和多官能團(tuán)的特性,且可通過(guò)對(duì)不同官能團(tuán)的改性,得到多種不同性能的HPU。因此,HPU作為高性能材料受到廣泛關(guān)注。

作為增韌劑,HPU可通過(guò)化學(xué)鍵與環(huán)氧樹脂分子形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),限制環(huán)氧樹脂分子鏈的運(yùn)動(dòng),增加其交聯(lián)度。這種結(jié)構(gòu)與性能的相互關(guān)系,可以通過(guò)研究復(fù)合材料的熱學(xué)性能、力學(xué)性能及形態(tài)結(jié)構(gòu)等來(lái)表征。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究不同含量HPU對(duì)環(huán)氧樹脂固化產(chǎn)物性能的影響,發(fā)現(xiàn)HPU的引入可以顯著改善環(huán)氧樹脂的韌性。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著HPU含量的增加,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊韌性均得到提高。這是由于HPU具有較高的支化度和活性,可在環(huán)氧樹脂中形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu),從而提高了復(fù)合材料的韌性。此外,HPU的引入還可以降低環(huán)氧樹脂的粘度,使其具有良好的加工性能。

本實(shí)驗(yàn)采用超支化聚氨酯作為增韌劑制備了環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料,并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,適量HPU的引入可以提高環(huán)氧樹脂的韌性,降低其粘度,改善其加工性能。通過(guò)優(yōu)化HPU的含量和制備工藝參數(shù)等條件,可以制備出綜合性能優(yōu)異的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料。本實(shí)驗(yàn)為拓展環(huán)氧樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域提供了新的途徑和方法。