树脂-泡沫铝复合材料制备及性能研究（五）

1.3聚氨酯和聚脲的研究现状

学者研究发现增强泡沫铝材料性能方法主要有两种。一种是通过改善泡沫铝基体性能，通过在制备时加入增强材料到液态铝中实现对基体性能的增强，主要通过添加粒子、纤维或合金元素等。另一种是借助开孔泡沫铝的孔隙结构，在泡沫铝中添加填充物来提高其力学性能。目前，学者们选择的高分子聚合物的种类较少，主要集中在环氧树脂、聚氨酯和聚丙烯等树脂上，这些聚合物都有易于操作施工的特点。在这些研究中，具有着优良性能的聚氨酯成为泡沫铝填充增韧的热门，但聚氨酯自身有着变形大、耐候性差等缺点，在受到载荷作用时复合材料变形过大导致防护能力仍然较低。与聚氨酯结构和组成相似的聚脲在抗冲击吸能方面的应用广泛且强度较高，但是其脆性较大的特点使得聚脲在受到冲击时容易脆断失效。进行树脂共混可以结合二者的优点，从而显著降低聚氨酯的变形程度并改善聚脲在受力时脆性过大失效的问题。

1.3.1聚氨酯

聚氨基甲酸酯又称聚氨酯，是分子主链上含有氨基甲酸酯基(—NHCO0—)的高分子聚合物，主要通过异氰酸酯和多元醇的反应进行生产。聚氨酯的应用非常广泛，通过对官能团的数量和类型进行控制，可以制造品种多样，性能各不相同的聚氨酯材料。泡沫塑料、高分子弹性体、油漆和涂料、胶粘剂、建筑保温材料、人造皮革、包装缓冲材料等许多领域都有聚氨酯出现。聚氨酯材料具有优良的韧性，可以对其进行多种机械加工而不用担心其出现裂缝，聚氨酯不含苯乙烯，在固化过程中不产生挥发性物质，而且聚氨酯的价格比环氧树脂、乙烯基酯等树脂更低，使用聚氨酯能减少成本。聚氨酯固化反应速度较快，适用于需要快速成型的场景，但是对于生产大型复合材料来说，树脂的粘度和固化时间对于产品的性能至关重要，聚氨酯反应较快的特点阻碍了其进一步发展，不过随着对聚氨酯配方的持续改进，这一现象得到有效改善。Gao J通过人体胫骨优异的抗冲击性能的启发制备了一种聚氨酯弹性体复合材料，胫骨含有一种叫做哈弗森结构的同心圆结构，由纳米纤维和胶原蛋白组成，形成的软硬结构有利于动态抗冲击。通过将含有弹性贻贝粘附蛋白修饰的刚性碳纳米纤维(CNFs)添加到聚氨酯基体中形成复合材料，这种软硬结合的特殊结构在聚氨酯基体中具有正色散和相容性，可以通过桥接效应或诱导裂纹偏转来阻止裂纹扩展。与聚氨酯弹性体相比，该复合材料的冲击吸收能提高112.26%,动态冲击强度提高198.43%。这些发现对航空航天、军用车辆和人体防护的复合材料部件的设计具有重要意义。Xiang Z以甲虫壳上甲壳素纤维的“钉柱”-“钉柱”空洞结构为基础，采用不同粘结方式制备了四乙烯基多面体低聚硅倍半氧烷(EVPOSS)复合多壁碳纳米管(MCNTs)增强填料(PDVBMC和PNHMC),并用于提高聚氨酯弹性体的抗冲击性能。与聚氨酯弹性体相比，PDVBMC和PNHMC增强聚氨酯弹性体复合材料的最大压缩模量、能量吸收模量和存储模量均有所增强。