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模量均有所增強(qiáng)。