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樹脂-泡沫鋁復(fù)合材料制備及性能研究（五）

1.3聚氨酯和聚脲的研究現(xiàn)狀

學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)泡沫鋁材料性能方法主要有兩種。一種是通過改善泡沫鋁基體性能，通過在制備時(shí)加入增強(qiáng)材料到液態(tài)鋁中實(shí)現(xiàn)對基體性能的增強(qiáng)，主要通過添加粒子、纖維或合金元素等。另一種是借助開孔泡沫鋁的孔隙結(jié)構(gòu)，在泡沫鋁中添加填充物來提高其力學(xué)性能。目前，學(xué)者們選擇的高分子聚合物的種類較少，主要集中在環(huán)氧樹脂、聚氨酯和聚丙烯等樹脂上，這些聚合物都有易于操作施工的特點(diǎn)。在這些研究中，具有著優(yōu)良性能的聚氨酯成為泡沫鋁填充增韌的熱門，但聚氨酯自身有著變形大、耐候性差等缺點(diǎn)，在受到載荷作用時(shí)復(fù)合材料變形過大導(dǎo)致防護(hù)能力仍然較低。與聚氨酯結(jié)構(gòu)和組成相似的聚脲在抗沖擊吸能方面的應(yīng)用廣泛且強(qiáng)度較高，但是其脆性較大的特點(diǎn)使得聚脲在受到?jīng)_擊時(shí)容易脆斷失效。進(jìn)行樹脂共混可以結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，從而顯著降低聚氨酯的變形程度并改善聚脲在受力時(shí)脆性過大失效的問題。

1.3.1聚氨酯

聚氨基甲酸酯又稱聚氨酯，是分子主鏈上含有氨基甲酸酯基(—NHCO0—)的高分子聚合物，主要通過異氰酸酯和多元醇的反應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)。聚氨酯的應(yīng)用非常廣泛，通過對官能團(tuán)的數(shù)量和類型進(jìn)行控制，可以制造品種多樣，性能各不相同的聚氨酯材料。泡沫塑料、高分子彈性體、油漆和涂料、膠粘劑、建筑保溫材料、人造皮革、包裝緩沖材料等許多領(lǐng)域都有聚氨酯出現(xiàn)。聚氨酯材料具有優(yōu)良的韌性，可以對其進(jìn)行多種機(jī)械加工而不用擔(dān)心其出現(xiàn)裂縫，聚氨酯不含苯乙烯，在固化過程中不產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，而且聚氨酯的價(jià)格比環(huán)氧樹脂、乙烯基酯等樹脂更低，使用聚氨酯能減少成本。聚氨酯固化反應(yīng)速度較快，適用于需要快速成型的場景，但是對于生產(chǎn)大型復(fù)合材料來說，樹脂的粘度和固化時(shí)間對于產(chǎn)品的性能至關(guān)重要，聚氨酯反應(yīng)較快的特點(diǎn)阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展，不過隨著對聚氨酯配方的持續(xù)改進(jìn)，這一現(xiàn)象得到有效改善。Gao J通過人體脛骨優(yōu)異的抗沖擊性能的啟發(fā)制備了一種聚氨酯彈性體復(fù)合材料，脛骨含有一種叫做哈弗森結(jié)構(gòu)的同心圓結(jié)構(gòu)，由納米纖維和膠原蛋白組成，形成的軟硬結(jié)構(gòu)有利于動(dòng)態(tài)抗沖擊。通過將含有彈性貽貝粘附蛋白修飾的剛性碳納米纖維(CNFs)添加到聚氨酯基體中形成復(fù)合材料，這種軟硬結(jié)合的特殊結(jié)構(gòu)在聚氨酯基體中具有正色散和相容性，可以通過橋接效應(yīng)或誘導(dǎo)裂紋偏轉(zhuǎn)來阻止裂紋擴(kuò)展。與聚氨酯彈性體相比，該復(fù)合材料的沖擊吸收能提高112.26%,動(dòng)態(tài)沖擊強(qiáng)度提高198.43%。這些發(fā)現(xiàn)對航空航天、軍用車輛和人體防護(hù)的復(fù)合材料部件的設(shè)計(jì)具有重要意義。Xiang Z以甲蟲殼上甲殼素纖維的“釘柱”-“釘柱”空洞結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用不同粘結(jié)方式制備了四乙烯基多面體低聚硅倍半氧烷(EVPOSS)復(fù)合多壁碳納米管(MCNTs)增強(qiáng)填料(PDVBMC和PNHMC),并用于提高聚氨酯彈性體的抗沖擊性能。與聚氨酯彈性體相比，PDVBMC和PNHMC增強(qiáng)聚氨酯彈性體復(fù)合材料的最大壓縮模量、能量吸收模量和存儲(chǔ)模量均有所增強(qiáng)。