環氧樹脂基復合材料(FRP)因其具有輕質高強、耐腐蝕、電絕緣性能優異等特性,被廣泛應用于航空航天、汽車船舶、建筑等領域。然而,環氧樹脂固化后交聯密度大,分子鏈活動能力差,其脆性、韌性和抗沖擊性能均較低,限制了其應用范圍。為拓展其應用領域,許多科研工作者在環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,進而擴展其應用領域。

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構、低分子量、高反應活性、低玻璃化轉變溫度等特點,在改性環氧樹脂方面具有很大的潛力。超支化聚合物是由幾十個甚至上百個單體通過聚合反應生成的高分子聚合物,其分子結構具有高度支化的三維結構,分子鏈間相互作用小,鏈段運動相對容易,因此,具有低熔點、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異的柔韌性、流變性和更高的反應活性。由于超支化聚合物的結構特點使其具有很高的反應活性,可在分子鏈的支鏈上引入多種官能團,通過與環氧樹脂的相互作用,達到改性的目的。本研究小組將超支化聚氨酯作為增韌劑用于改性環氧樹脂基復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,與異氰酸酯反應制得的低聚物。由于其具有高度支化的三維結構和多官能團的特性,且可通過對不同官能團的改性,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注。

作為增韌劑,HPU可通過化學鍵與環氧樹脂分子形成交聯網絡結構,限制環氧樹脂分子鏈的運動,增加其交聯度。這種結構與性能的相互關系,可以通過研究復合材料的熱學性能、力學性能及形態結構等來表征。本實驗通過研究不同含量HPU對環氧樹脂固化產物性能的影響,發現HPU的引入可以顯著改善環氧樹脂的韌性。

通過實驗發現,隨著HPU含量的增加,復合材料的拉伸強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,可在環氧樹脂中形成網絡狀結構,從而提高了復合材料的韌性。此外,HPU的引入還可以降低環氧樹脂的粘度,使其具有良好的加工性能。

本實驗采用超支化聚氨酯作為增韌劑制備了環氧樹脂基復合材料,并對其性能進行了研究。結果表明,適量HPU的引入可以提高環氧樹脂的韌性,降低其粘度,改善其加工性能。通過優化HPU的含量和制備工藝參數等條件,可以制備出綜合性能優異的環氧樹脂基復合材料。本實驗為拓展環氧樹脂的應用領域提供了新的途徑和方法。