聚氨酯@聚酰胺酸核壳结构微球制备及其对环氧树脂的协同增韧机制研究

为解决环氧树脂脆性大、抗冲击性能差的问题，研究人员通过自乳化法成功制备了以交联聚氨酯(PU)为核、聚酰胺酸(PAA)为壳的PU@PAA核壳微球。当PU与PAA质量比为1:2、添加量为1 wt%时，改性环氧树脂冲击强度达16.4 kJ/m2(提升400%)，拉伸强度53.0 MPa(提升111.8%)，同时保持良好耐热性，为高性能复合材料开发提供新思路。

　　

在材料科学领域，环氧树脂因其优异粘接性和化学稳定性被广泛应用，但固有脆性限制了其在高端领域的应用。这项突破性研究创新性地设计了"软核硬壳"结构的聚氨酯@聚酰胺酸(PU@PAA)纳米微球，通过精妙的分子工程实现了对环氧树脂的协同增韧。

交联聚氨酯(PU)微球通过自乳化法构建柔性核芯，表面接枝端基为酸酐的聚酰胺酸(PAA)低聚物形成刚性外壳，最终获得粒径200-300 nm的规整球形颗粒。傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实了化学结构，动态光散射(DLS)和扫描电镜(SEM)显示微球单分散性良好。得益于PAA表面的功能基团，这些纳米微球能在环氧基体中均匀分散而不团聚。

当PU与PAA质量比优化至1:2时，仅添加1 wt%的微球即可使环氧树脂实现力学性能的飞跃：冲击强度从4.1 kJ/m²飙升至16.4 kJ/m²，增幅达惊人的400%；拉伸强度也从25.0 MPa提升至53.0 MPa，增幅111.8%。这种"四两拨千斤"的增强效果源于核壳结构的协同作用：PU核通过塑性变形吸收冲击能量，PAA壳则通过强界面结合力有效传递应力。更难得的是，改性后的环氧树脂仍保持着优异的耐热性能，为航空航天、汽车制造等领域的轻量化设计开辟了新途径。