Новые достижения в области полиуретановых материалов для сверхбыстрого ремонта

Разработка полимерных материалов, обладающих способностью к самовосстановлению, позволяющих эффективно самовосстанавливаться и регенерировать поврежденные материалы, является одним из способов борьбы с «белым загрязнением». Однако реализовать самовосстановление стеклообразных полимеров при комнатной температуре сложно из-за высокой плотности молекулярной упаковки и замороженной сети движения молекулярных цепей. Хотя в последние годы были сделаны прорывы в области стекловидных самовосстанавливающихся полимерных материалов, низкие механические свойства, сложные методы ремонта и длительное время ремонта затрудняют их практическое применение. Поэтому разработка высокоэффективных полимерных материалов, способных к быстрой репарации в стеклообразном состоянии, несомненно, является серьезной задачей.

Недавно команда профессора Цзиньжун Ву из колледжа сообщила о стеклообразном гиперразветвленном полиуретане (UGPU), который можно быстро восстановить при комнатной температуре. В этой работе исследователи получили полиуретановые материалы с ациклическими гетероатомными цепями и сверхразветвленными структурами путем реакции методом связанных мономеров. Эта уникальная молекулярная структура сочетает в себе высокую молекулярную подвижность сверхразветвленных полимеров с множественными водородными связями полиуретанов, образуя сеть водородных связей высокой плотности, основанную на связях мочевины, уретановых связях и разветвленных концевых гидроксильных группах. UGPU имеет прочность на разрыв до 70 МПа, модуль упругости 2,5 ГПа и температура стеклования, значительно превышающая комнатную температуру (53 ℃), что делает УГПУ жестким прозрачным стеклопластиком.

UGPU обладает превосходной способностью к самовосстановлению и может осуществлять стекловидное самовосстановление под давлением. При этом исследователи обнаружили, что крайне небольшое количество воды, подаваемое на участок УГПУ, существенно ускоряло темпы ремонта. Это рекорд всех времен для самовосстанавливающихся материалов. Более того, отремонтированный образец может выдержать испытание на ползучесть 10 МПа, что достаточно для удовлетворения требований быстрого ремонта и продолжения эксплуатации после повреждения конструктивных элементов.