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樹脂-泡沫鋁復合材料制備及性能研究（五）

1.3聚氨酯和聚脲的研究現狀

學者研究發現增強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材料到液態鋁中實現對基體性能的增強，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構，在泡沫鋁中添加填充物來提高其力學性能。目前，學者們選擇的高分子聚合物的種類較少，主要集中在環氧樹脂、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。在這些研究中，具有著優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，在受到載荷作用時復合材料變形過大導致防護能力仍然較低。與聚氨酯結構和組成相似的聚脲在抗沖擊吸能方面的應用廣泛且強度較高，但是其脆性較大的特點使得聚脲在受到沖擊時容易脆斷失效。進行樹脂共混可以結合二者的優點，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進行生產。聚氨酯的應用非常廣泛，通過對官能團的數量和類型進行控制，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域都有聚氨酯出現。聚氨酯材料具有優良的韌性，可以對其進行多種機械加工而不用擔心其出現裂縫，聚氨酯不含苯乙烯，在固化過程中不產生揮發性物質，而且聚氨酯的價格比環氧樹脂、乙烯基酯等樹脂更低，使用聚氨酯能減少成本。聚氨酯固化反應速度較快，適用于需要快速成型的場景，但是對于生產大型復合材料來說，樹脂的粘度和固化時間對于產品的性能至關重要，聚氨酯反應較快的特點阻礙了其進一步發展，不過隨著對聚氨酯配方的持續改進，這一現象得到有效改善。Gao J通過人體脛骨優異的抗沖擊性能的啟發制備了一種聚氨酯彈性體復合材料，脛骨含有一種叫做哈弗森結構的同心圓結構，由納米纖維和膠原蛋白組成，形成的軟硬結構有利于動態抗沖擊。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合材料，這種軟硬結合的特殊結構在聚氨酯基體中具有正色散和相容性，可以通過橋接效應或誘導裂紋偏轉來阻止裂紋擴展。與聚氨酯彈性體相比，該復合材料的沖擊吸收能提高112.26%,動態沖擊強度提高198.43%。這些發現對航空航天、軍用車輛和人體防護的復合材料部件的設計具有重要意義。Xiang Z以甲蟲殼上甲殼素纖維的“釘柱”-“釘柱”空洞結構為基礎，采用不同粘結方式制備了四乙烯基多面體低聚硅倍半氧烷(EVPOSS)復合多壁碳納米管(MCNTs)增強填料(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增強聚氨酯彈性體復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。