淺談超分子聚合物/環氧樹脂復合材料性能

劉洋

摘 要：超分子聚合物的復合材料在本質上是一種纖維。超分子復合物與增強體之間由于化學鍵不同可以分成不同的類別。超分子聚合物/環氧樹脂復合材料有許多重要的性能，本文主要介紹了該復合物的常用性能。將四重氫鍵進行組裝得到超分子聚合物，再將得到的聚合物引入到環氧樹脂基當中，用它作為增韌劑來提高固化物的抗沖擊強度。通過對復合材料進行機械性能的測試可以發現性能越多，應用范圍也就越大。

關鍵詞：超分子聚合物；環氧樹脂復合材料；復合物的性質

一、超分子聚合物/環氧樹脂復合材料的類型

（一）氫鍵型

超分子聚合物的出現擴大了聚合物的制備方法，從分子聚合到超分子聚合、從分子聚合的大分子反應到分子的組裝；聚合物的種類也在不斷擴大，從天然、生物、無機、有機、分子聚合物最后到超分子聚合物；聚合物的出現形成了完整的聚合物科學體系。常見的一種類型是氫鍵型。

在研究氫鍵型的聚合物時，代表材料是尿嘧啶衍生物接枝纖維素納米晶。1997年科學家研究時發現通過

是四重氫鍵可以形成二聚體，這樣的二聚體是重要的氫鍵型超分子聚合物的單體。在紫外光照射時，分子聚合物可以吸收光能來轉變成為熱能，然后將二聚體的氫鍵進行分解。這樣可以降低超分子聚合物的流動，填充到縫隙上可以使氫鍵的給體和受體都進行結合，這樣有利于材料的愈合。

多元混合酸與二乙烯三胺、尿素之間發生反應形成氫鍵型的超分子網絡。這樣有助于展開對于超分子聚合物的研究。硅粒子包含了多個氫鍵，二元酸和三元酸進行混合，再與二乙烯三胺進行反應，可以得到端胺基無視支化齊聚物，可以制備用于鋰離子電池陽極材料在室溫下形成超分子。使用含有氫鍵的聚合物有助于在室溫下第二類超分子聚合物復合材料的形成。GO的含量越高越不利于復合材料力學性能的發展。

（二）堆疊型

堆疊型的復合材料可以通過化學鍵之間的相互作用形成芳香電子的供體—受體的折疊體，這樣形成的折疊體有愈合功能。化學物質通過相互作用可以形成鑷子型分子折疊體作為一個基體，CNC含量越高越不利于拉伸模量的恢復。

制備不同的納米金粒子，用化合物來作為強體可以形成折疊體。通過研究使用不僅可以形成第一類超分子聚合物的復合材料，還可以形成第三類超分子聚合物的復合材料。新形成的這兩種聚合物都有一定的力學性能。基體與增強體之間沒有化學鍵連接時會導致超分子聚合物在進行愈合之后拉伸模量要小于原始的樣品。基體與增強體之間由非共價鍵連接的超分子聚合物進行愈合之后會出現拉伸量大于原始樣品的現象。

（三）金屬配位型

共聚物可以在紫外線的照射下與鋅離子等離子生成金屬配位型超分子聚合物。這樣形成的聚合物比較容易在紫外光的觸發下進行自愈行為。通過多次試驗可以知道在紫外光的照射下，金屬配體型的超分子聚合物會吸收能量轉化成熱，這種熱會誘導金屬配體鍵進行結合。停止光線照射就會使金屬離子和配體之間形成配位鍵，然后發生自愈。CNC均勻地分布在金屬配位型超分子聚合物中，是第一類超分子聚合物復合材料。不同的金屬配位型超分子聚合物變化強度以及模量都有所不同，進行自愈時需要的時間也有差別。

二、超分子聚合物/環氧樹脂復合材料的特點

超分子聚合物/環氧樹脂復合材料是應用最廣泛的基體樹脂。由于環氧樹脂優點眾多，主要包括耐磨性能、力學性能、化學性能、電器絕緣性好，收縮率低、易加工成型，成本比較低等所以可以廣泛應用到涂料、膠黏劑、航空航天等許多領域。

EP在固化之后會使交聯密度升高，呈現三維網狀結構，這就導致了內應力大、耐沖擊性差，剝離強度差、剪切強度也比較差。這樣不能滿足工程技術的要求，就會導致應用受到一定的限制。需要我們不斷探索該種復合材料擁有的特點，這樣才能將它應用到更加廣泛的領域。

三、復合材料的性能

（一）增韌性的研究

雖然環氧樹脂的增韌方法有很多，探究了很長時間雖然有些增韌方法已經很成熟，但是仍然有許多新的增韌方法和增韌劑出現。目前我國的研究仍然在進行著但是還是需要利用新技術研發出一種低成本的材料，適應市場的需求。提高增韌性的方法有很多：在環氧基體中加入橡膠彈性體、熱塑性樹脂或者液晶聚合物等分散來進行增韌；用熱固性樹脂連續貫穿到環氧樹脂網絡中，這樣可以形成與之前不同的網絡結構來使環氧樹脂的韌性得到改變；在提高韌性時不僅可以改變內部的結構，還可以借助一些外在因素，比如可以加入一些分散劑來及進行增韌。可以使用橡膠彈性體、熱塑性樹脂等物質。

（二）自修復性能

超分子聚合物是單體單元依靠可逆性以及作用力結合得到的。新型的超分子聚合物是一種特殊的材料。這樣的聚合物不僅將許多高聚物的優良性能集合到了一起而且還可以對外界環境做出響應。超分子聚合物與傳統的大分子材料對于外部的刺激會做出不同的反應。

超分子聚合物擁有優異的自修復的性能，可以通過軟段結構來來使超分子聚合物和環氧樹脂在融化之前進行融合。如果出現固化現象二者之間會發生輕微的分離，這樣可以提高固化之后環氧樹脂的沖擊強度。超分子聚合物自我修復的功效比較強大，可以減少外力的施加，這樣有利于復合材料的使用。

（三）燃燒性能

聚合物的許多性質都是由燃燒得到的，這樣的燃燒行為一般是通過錐形量熱儀來獲取燃燒過程中的一些聚合物的燃燒數值。研究結果可知，環氧復合物在燃燒時釋放出來的熱量與碳渣量成正比。復合物在燃燒時釋放釋放出很多不燃性的氣體，當燃燒區的含氧量降低到一定程度時會抑制燃燒反應的進行。復合物一個重要的性能是可以用火災蔓延指數來評價聚合物材料火災安全性的指標。火災蔓延指數在數值上等于熱釋放速率峰值與到達峰值所需要的時間的比值，這個比值越低就說明材料的火災安全性越好。

另外復合物的燃燒會產生一些氣體，燃燒時六氯環三磷促進環氧基體脫水生成碳，導致復合材料的成碳量明顯增多，這是因為介孔二氧化硅上超支化環三磷聚合物促進環氧基體脫水形成碳，而且二氧化硅的阻隔效應會在一定程度上抑制基體進行熱解。根據對于超分子聚合物/環氧樹脂復合材料的燃燒性能研究可以看出該材料中含有的碳渣較多，石墨化的程度也比較大，有效地抑制了熱和煙氣的釋放，因此使得該復合物有著較好的阻燃性能。

總結：超分子聚合物有著不同方面的性質，通過研究它的不同性能可以根據需要進行使用。該復合物不僅有著強大的物理性能還擁有著廣泛的化學性能，今后還可以對其他未知領域展開研究，使它們發揮最大的功效。

參考文獻：

[1]黃崢琦. 介孔二氧化硅的有機改性及其阻燃環氧樹脂復合材料的燃燒性能研究[D].中國科學技術大學，2017.

[2]韓峰，馬英華，張鵬，魏浩.超分子聚合物/環氧樹脂復合材料性能研究[J].全面腐蝕控制，2016，30（08）：29-32+35.

[3]李俊燕，毛娜.探究環氧樹脂中的協同作用[J].塑料科技，2015，43（10）：49-52.

[4]邰曉曦. 超分子聚合物介孔材料的制備及性能研究[D].華南理工大學，2011.