浙江大学化工学院谢在可重加工的超高韧性环氧树脂创制方面取得进展
2024/05/08
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图 （a）聚合诱导分相结构示意图；（b）与目前已知环氧体系的力学性能对比；（c）热压与注射两种重加工方式；（d）四次重加工后性能比较
在国家自然科学基金项目（批准号：U23A2098、52322307）等资助下，浙江大学化工学院谢涛教授、郑宁研究员在高韧性环氧树脂创制方面取得进展。研究成果以“可重加工的超高韧性环氧热固性塑料（Reprocessable and ultratough epoxy thermosetting plastic）”为题，于2024年4月19日在《自然·可持续性》（Nature Sustainability）上发表。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41893-024-01331-9。
环氧树脂作为“三大通用型热固性树脂”之一，具有广泛的应用。然而，由于环氧树脂高度交联的网络结构，导致其脆性突出，断裂伸长率通常低于5%。环氧树脂韧性不足的问题是中国的“35项卡脖子技术”之一，我国的产业和技术远落后于其他国家。除此之外，环氧树脂一旦成型后无法重复加工，从而导致资源浪费和环境负担。因此，开发高韧性、可重加工的环氧树脂是目前的关键问题。
研究团队利用环氧-胺聚合反应动力学诱导相分离和动态共价化学，将高韧性和重加工特性结合到同一个环氧网络中，突破了以上两大瓶颈。利用该体系在聚合过程中自发的微相分离，成功创制出杨氏模量（E）为1.54 GPa、断裂伸长率（εmax）高达375%、拉伸韧性为108 MJ/m3的环氧树脂。与现有文献报道的其他增韧环氧树脂相比，本工作的环氧树脂在拉伸韧性方面实现了数量级的提升（图）。此外，由于体系中引入了动态硼酸酯基团，该环氧树脂能够适用于多种重加工方式（如热压成型、注射成型等），并且在经历了4次热压重加工后，力学性能几乎不会下降。该研究提出的聚合反应动力学诱导微相分离的增韧机制有望为新型热固性高分子的设计提供思路。
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