环氧树脂基复合材料(FRP)因其具有轻质高强、耐腐蚀、电绝缘性能优异等特性,被广泛应用于航空航天、汽车船舶、建筑等领域。然而,环氧树脂固化后交联密度大,分子链活动能力差,其脆性、韧性和抗冲击性能均较低,限制了其应用范围。为拓展其应用领域,许多科研工作者在环氧树脂基体中引入各种增韧剂,以期降低其脆性,提高其韧性,进而扩展其应用领域。
目前,在各种增韧剂中,超支化聚合物由于具有高度支化的三维结构、低分子量、高反应活性、低玻璃化转变温度等特点,在改性环氧树脂方面具有很大的潜力。超支化聚合物是由几十个甚至上百个单体通过聚合反应生成的高分子聚合物,其分子结构具有高度支化的三维结构,分子链间相互作用小,链段运动相对容易,因此,具有低熔点、低粘度、高溶解性等特性。与线型高分子聚合物相比,超支化聚合物具有更为优异的柔韧性、流变性和更高的反应活性。由于超支化聚合物的结构特点使其具有很高的反应活性,可在分子链的支链上引入多种官能团,通过与环氧树脂的相互作用,达到改性的目的。本研究小组将超支化聚氨酯作为增韧剂用于改性环氧树脂基复合材料并取得良好的成果。
超支化聚氨酯(HPU)是以多元醇为起始剂,与异氰酸酯反应制得的低聚物。由于其具有高度支化的三维结构和多官能团的特性,且可通过对不同官能团的改性,得到多种不同性能的HPU。因此,HPU作为高性能材料受到广泛关注。
作为增韧剂,HPU可通过化学键与环氧树脂分子形成交联网络结构,限制环氧树脂分子链的运动,增加其交联度。这种结构与性能的相互关系,可以通过研究复合材料的热学性能、力学性能及形态结构等来表征。本实验通过研究不同含量HPU对环氧树脂固化产物性能的影响,发现HPU的引入可以显著改善环氧树脂的韧性。
通过实验发现,随着HPU含量的增加,复合材料的拉伸强度和冲击韧性均得到提高。这是由于HPU具有较高的支化度和活性,可在环氧树脂中形成网络状结构,从而提高了复合材料的韧性。此外,HPU的引入还可以降低环氧树脂的粘度,使其具有良好的加工性能。
本实验采用超支化聚氨酯作为增韧剂制备了环氧树脂基复合材料,并对其性能进行了研究。结果表明,适量HPU的引入可以提高环氧树脂的韧性,降低其粘度,改善其加工性能。通过优化HPU的含量和制备工艺参数等条件,可以制备出综合性能优异的环氧树脂基复合材料。本实验为拓展环氧树脂的应用领域提供了新的途径和方法。
