浅谈超分子聚合物/环氧树脂复合材料性能

刘洋

摘 要：超分子聚合物的复合材料在本质上是一种纤维。超分子复合物与增强体之间由于化学键不同可以分成不同的类别。超分子聚合物/环氧树脂复合材料有许多重要的性能，本文主要介绍了该复合物的常用性能。将四重氢键进行组装得到超分子聚合物，再将得到的聚合物引入到环氧树脂基当中，用它作为增韧剂来提高固化物的抗冲击强度。通过对复合材料进行机械性能的测试可以发现性能越多，应用范围也就越大。

关键词：超分子聚合物；环氧树脂复合材料；复合物的性质

一、超分子聚合物/环氧树脂复合材料的类型

（一）氢键型

超分子聚合物的出现扩大了聚合物的制备方法，从分子聚合到超分子聚合、从分子聚合的大分子反应到分子的组装；聚合物的种类也在不断扩大，从天然、生物、无机、有机、分子聚合物最后到超分子聚合物；聚合物的出现形成了完整的聚合物科学体系。常见的一种类型是氢键型。

在研究氢键型的聚合物时，代表材料是尿嘧啶衍生物接枝纤维素纳米晶。1997年科学家研究时发现通过

是四重氢键可以形成二聚体，这样的二聚体是重要的氢键型超分子聚合物的单体。在紫外光照射时，分子聚合物可以吸收光能来转变成为热能，然后将二聚体的氢键进行分解。这样可以降低超分子聚合物的流动，填充到缝隙上可以使氢键的给体和受体都进行结合，这样有利于材料的愈合。

多元混合酸与二乙烯三胺、尿素之间发生反应形成氢键型的超分子网络。这样有助于展开对于超分子聚合物的研究。硅粒子包含了多个氢键，二元酸和三元酸进行混合，再与二乙烯三胺进行反应，可以得到端胺基无视支化齐聚物，可以制备用于锂离子电池阳极材料在室温下形成超分子。使用含有氢键的聚合物有助于在室温下第二类超分子聚合物复合材料的形成。GO的含量越高越不利于复合材料力学性能的发展。

（二）堆叠型

堆叠型的复合材料可以通过化学键之间的相互作用形成芳香电子的供体—受体的折叠体，这样形成的折叠体有愈合功能。化学物质通过相互作用可以形成镊子型分子折叠体作为一个基体，CNC含量越高越不利于拉伸模量的恢复。

制备不同的纳米金粒子，用化合物来作为强体可以形成折叠体。通过研究使用不仅可以形成第一类超分子聚合物的复合材料，还可以形成第三类超分子聚合物的复合材料。新形成的这两种聚合物都有一定的力学性能。基体与增强体之间没有化学键连接时会导致超分子聚合物在进行愈合之后拉伸模量要小于原始的样品。基体与增强体之间由非共价键连接的超分子聚合物进行愈合之后会出现拉伸量大于原始样品的现象。

（三）金属配位型

共聚物可以在紫外线的照射下与锌离子等离子生成金属配位型超分子聚合物。这样形成的聚合物比较容易在紫外光的触发下进行自愈行为。通过多次试验可以知道在紫外光的照射下，金属配体型的超分子聚合物会吸收能量转化成热，这种热会诱导金属配体键进行结合。停止光线照射就会使金属离子和配体之间形成配位键，然后发生自愈。CNC均匀地分布在金属配位型超分子聚合物中，是第一类超分子聚合物复合材料。不同的金属配位型超分子聚合物变化强度以及模量都有所不同，进行自愈时需要的时间也有差别。

二、超分子聚合物/环氧树脂复合材料的特点

超分子聚合物/环氧树脂复合材料是应用最广泛的基体树脂。由于环氧树脂优点众多，主要包括耐磨性能、力学性能、化学性能、电器绝缘性好，收缩率低、易加工成型，成本比较低等所以可以广泛应用到涂料、胶黏剂、航空航天等许多领域。

EP在固化之后会使交联密度升高，呈现三维网状结构，这就导致了内应力大、耐冲击性差，剥离强度差、剪切强度也比较差。这样不能满足工程技术的要求，就会导致应用受到一定的限制。需要我们不断探索该种复合材料拥有的特点，这样才能将它应用到更加广泛的领域。

三、复合材料的性能

（一）增韧性的研究

虽然环氧树脂的增韧方法有很多，探究了很长时间虽然有些增韧方法已经很成熟，但是仍然有许多新的增韧方法和增韧剂出现。目前我国的研究仍然在进行着但是还是需要利用新技术研发出一种低成本的材料，适应市场的需求。提高增韧性的方法有很多：在环氧基体中加入橡胶弹性体、热塑性树脂或者液晶聚合物等分散来进行增韧；用热固性树脂连续贯穿到环氧树脂网络中，这样可以形成与之前不同的网络结构来使环氧树脂的韧性得到改变；在提高韧性时不仅可以改变内部的结构，还可以借助一些外在因素，比如可以加入一些分散剂来及进行增韧。可以使用橡胶弹性体、热塑性树脂等物质。

（二）自修复性能

超分子聚合物是单体单元依靠可逆性以及作用力结合得到的。新型的超分子聚合物是一种特殊的材料。这样的聚合物不仅将许多高聚物的优良性能集合到了一起而且还可以对外界环境做出响应。超分子聚合物与传统的大分子材料对于外部的刺激会做出不同的反应。

超分子聚合物拥有优异的自修复的性能，可以通过软段结构来来使超分子聚合物和环氧树脂在融化之前进行融合。如果出现固化现象二者之间会发生轻微的分离，这样可以提高固化之后环氧树脂的冲击强度。超分子聚合物自我修复的功效比较强大，可以减少外力的施加，这样有利于复合材料的使用。

（三）燃烧性能

聚合物的许多性质都是由燃烧得到的，这样的燃烧行为一般是通过锥形量热仪来获取燃烧过程中的一些聚合物的燃烧数值。研究结果可知，环氧复合物在燃烧时释放出来的热量与碳渣量成正比。复合物在燃烧时释放释放出很多不燃性的气体，当燃烧区的含氧量降低到一定程度时会抑制燃烧反应的进行。复合物一个重要的性能是可以用火灾蔓延指数来评价聚合物材料火灾安全性的指标。火灾蔓延指数在数值上等于热释放速率峰值与到达峰值所需要的时间的比值，这个比值越低就说明材料的火灾安全性越好。

另外复合物的燃烧会产生一些气体，燃烧时六氯环三磷促进环氧基体脱水生成碳，导致复合材料的成碳量明显增多，这是因为介孔二氧化硅上超支化环三磷聚合物促进环氧基体脱水形成碳，而且二氧化硅的阻隔效应会在一定程度上抑制基体进行热解。根据对于超分子聚合物/环氧树脂复合材料的燃烧性能研究可以看出该材料中含有的碳渣较多，石墨化的程度也比较大，有效地抑制了热和烟气的释放，因此使得该复合物有着较好的阻燃性能。

总结：超分子聚合物有着不同方面的性质，通过研究它的不同性能可以根据需要进行使用。该复合物不仅有着强大的物理性能还拥有着广泛的化学性能，今后还可以对其他未知领域展开研究，使它们发挥最大的功效。

参考文献：

[1]黄峥琦. 介孔二氧化硅的有机改性及其阻燃环氧树脂复合材料的燃烧性能研究[D].中国科学技术大学，2017.

[2]韩峰，马英华，张鹏，魏浩.超分子聚合物/环氧树脂复合材料性能研究[J].全面腐蚀控制，2016，30（08）：29-32+35.

[3]李俊燕，毛娜.探究环氧树脂中的協同作用[J].塑料科技，2015，43（10）：49-52.

[4]邰晓曦. 超分子聚合物介孔材料的制备及性能研究[D].华南理工大学，2011.