山東大學研究團隊在硬度可調超韌彈性體研制方面取得進展
文章來源：山東大學 更新時間：2025-03-14 16:24:10
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近日，山東大學化學與化工學院國家膠體材料工程技術研究中心王旭教授課題組在硬度可調超韌熱塑性彈性體研制方面取得重要突破。針對傳統彈性體難以兼顧高硬度和高韌性的難題，該團隊創新性地引入“混合軟段”方法，基于其前期研發的超韌超分子聚（氨酯-脲）(SPUU) 彈性體，成功實現了材料硬度的精確調控，并保持了卓越韌性。相關研究成果以“Hybrid Soft Segments Boost the Development of Ultratough Thermoplastic Elastomers with Tunable Hardness”為題，發表在國際權威期刊Advanced Materials（IF = 27.4）上。文章通訊作者為王旭教授、研究中心助理研究員孫楠，第一作者為研究中心博士研究生張興雪，山東大學為唯一通訊作者單位。
硬度是衡量材料抵抗變形能力的重要指標，對彈性體的適用性至關重要。高硬度彈性體，如邵氏硬度高于85A的材料，常用于制造航空母艦甲板緩沖墊和工業零部件，而低硬度彈性體（邵氏硬度低于60A）則適用于減震墊和密封件。然而，傳統方法在提高彈性體硬度的同時，往往會犧牲其韌性。
目前，研究者們主要選擇兩種方法來調節彈性體的硬度：一是調節軟硬段的比例，二是調整軟段分子量。然而，這些方法都難以在保證高硬度的同時，維持良好的韌性。這表明在開發無需犧牲韌性即可調節硬度的方法方面仍存在巨大差距。在這種背景下，制備超強韌且硬度可調的彈性體變得尤為重要。
該工作通過選擇性共聚不同分子量的聚四亞甲基醚二醇，從分子水平上設計了SPUU彈性體，這些彈性體在保持良好韌性的同時，涵蓋了廣泛的硬度范圍。研究結果表明，通過這種新型方法制備的彈性體，硬度范圍可覆蓋56A至95A。其中，一種邵氏硬度高達86A的材料，展現出了819 MJ/m3的拉伸韌性和6.1 MJ/m2的沖擊強度，性能比傳統耐沖擊聚合物材料高出2.8倍。而另一種邵氏硬度為59A的軟彈性體，則展現出786 MJ/m3的拉伸韌性，以及優異的阻尼和防滑性能。
該項研究不僅在材料性能上實現了突破，還在生產工藝上進行了優化。研究人員使用基本實驗室設備建立了一條可擴展的合成生產線，用于生產可自修復和可回收的SPUU彈性體，解決了溶劑型生產工藝的高能耗問題。據預測，全球熱塑性彈性體市場規模將在2028年達到354億美元，復合年增長率高達5.6%。該項研究成果的發布，將進一步推動熱塑性彈性體在汽車、建筑、鞋類等領域的應用。
王旭課題組立足服務國家綠色低碳高質量發展戰略，聚焦可持續超分子聚合物的可控合成及構效關系研究，并取得重要進展，相關研究論文發表在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、CCS Chem.等期刊, 部分技術成果已轉化與應用。
上述研究工作得到了國家自然科學基金和山東省自然科學杰出青年基金的資助。部分研究得到李寧（中國）體育用品有限公司的幫助。
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