聚氨酯/纳米二氧化硅增强玻璃纤维环氧复合材料低温抗剥离性能研究及其在LNG储运中的应用

本研究针对LNG货舱围护系统中玻璃纤维增强环氧复合材料（GFRP）的粘接性能需求，通过引入聚氨酯改性环氧树脂（EPU）和纳米SiO2，开发出在常温和-190°C下均具有优异剥离强度（3.78 kN m?1和2.66 kN m?1）的复合体系。该材料经超低温暴露和热循环后仍保持高粘接性能，为深低温环境下的复合材料界面设计提供了重要参考。

　　

环氧树脂（EP）粘接性能对膜式液化天然气（LNG）货舱围护系统（CCS）中的玻璃纤维增强复合材料（GFRP）至关重要。本研究将聚氨酯改性环氧树脂（EPU）与纳米二氧化硅（Nano-SiO₂）引入EP体系，开发出可显著提升玻璃纤维与铝箔粘接强度和耐久性的树脂系统。实验结果表明：EP/EPU50/2 wt.% Nano-SiO₂-GF体系在室温（RT）下的剥离强度达3.78 kN m^?1，较纯EP-GF（1.39 kN m^?1）提升172%；即使在-190°C深低温环境下仍保持2.66 kN m^?1的优异性能。其增强机制源于连续柔性聚氨酯相通过链延伸和氢键作用耗散机械能，而纳米SiO₂则有效抑制裂纹扩展。经30天超低温（-196°C）暴露及40次热循环后，该材料在室温下的剥离强度仍分别保持2.92 kN m^?1和3.53 kN m^?1。扫描电镜（SEM）分析显示，超低温会诱发树脂层与铝箔的界面剥离，而破坏模式从内聚破坏向粘接破坏的转变是剥离强度下降的主要原因。