山東大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在硬度可調(diào)超韌彈性體研制方面取得進(jìn)展
文章來(lái)源：山東大學(xué) 更新時(shí)間：2025-03-14 16:24:10
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近日，山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院國(guó)家膠體材料工程技術(shù)研究中心王旭教授課題組在硬度可調(diào)超韌熱塑性彈性體研制方面取得重要突破。針對(duì)傳統(tǒng)彈性體難以兼顧高硬度和高韌性的難題，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地引入“混合軟段”方法，基于其前期研發(fā)的超韌超分子聚（氨酯-脲）(SPUU) 彈性體，成功實(shí)現(xiàn)了材料硬度的精確調(diào)控，并保持了卓越韌性。相關(guān)研究成果以“Hybrid Soft Segments Boost the Development of Ultratough Thermoplastic Elastomers with Tunable Hardness”為題，發(fā)表在國(guó)際權(quán)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(xué)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(biāo)，對(duì)彈性體的適用性至關(guān)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(yè)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(tǒng)方法在提高彈性體硬度的同時(shí)，往往會(huì)犧牲其韌性。
目前，研究者們主要選擇兩種方法來(lái)調(diào)節(jié)彈性體的硬度：一是調(diào)節(jié)軟硬段的比例，二是調(diào)整軟段分子量。然而，這些方法都難以在保證高硬度的同時(shí)，維持良好的韌性。這表明在開(kāi)發(fā)無(wú)需犧牲韌性即可調(diào)節(jié)硬度的方法方面仍存在巨大差距。在這種背景下，制備超強(qiáng)韌且硬度可調(diào)的彈性體變得尤為重要。
該工作通過(guò)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(shè)計(jì)了SPUU彈性體，這些彈性體在保持良好韌性的同時(shí)，涵蓋了廣泛的硬度范圍。研究結(jié)果表明，通過(guò)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(dá)86A的材料，展現(xiàn)出了819 MJ/m3的拉伸韌性和6.1 MJ/m2的沖擊強(qiáng)度，性能比傳統(tǒng)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(xiàn)出786 MJ/m3的拉伸韌性，以及優(yōu)異的阻尼和防滑性能。
該項(xiàng)研究不僅在材料性能上實(shí)現(xiàn)了突破，還在生產(chǎn)工藝上進(jìn)行了優(yōu)化。研究人員使用基本實(shí)驗(yàn)室設(shè)備建立了一條可擴(kuò)展的合成生產(chǎn)線(xiàn)，用于生產(chǎn)可自修復(fù)和可回收的SPUU彈性體，解決了溶劑型生產(chǎn)工藝的高能耗問(wèn)題。據(jù)預(yù)測(cè)，全球熱塑性彈性體市場(chǎng)規(guī)模將在2028年達(dá)到354億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)5.6%。該項(xiàng)研究成果的發(fā)布，將進(jìn)一步推動(dòng)熱塑性彈性體在汽車(chē)、建筑、鞋類(lèi)等領(lǐng)域的應(yīng)用。
王旭課題組立足服務(wù)國(guó)家綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略，聚焦可持續(xù)超分子聚合物的可控合成及構(gòu)效關(guān)系研究，并取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究論文發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、CCS Chem.等期刊, 部分技術(shù)成果已轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。
上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)杰出青年基金的資助。部分研究得到李寧（中國(guó)）體育用品有限公司的幫助。
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