弹性体是工业领域重要的密封与缓冲构件，在深空探测这类高低温交替的极端环境下，传统弹性体容易出现低温脆化、高温软化问题，发生过早失效。如何在宽温度窗口内同时保持高强度与高韧性，一直是高性能聚氨酯弹性体领域的关键挑战。
近日，中国科学院兰州化学物理研究所兰州润滑材料与技术创新中心功能橡塑材料组提出了一种“双软段调控-多重氢键-金属配位”协同增强策略，构筑了在-100～100℃宽温域内均保持优异力学性能的聚氨酯弹性体FPPU-Zn。研究人员通过引入极性差异显著的全氟聚醚二醇（PFPE-diol）与聚四氢呋喃醚二醇（PTMEG）双软段，利用二者极性差异调控微相分离，同时在硬段中引入吡啶基团与Zn2+配位，构建兼具氢键与金属配位双物理交联的动态网络。
优化结果显示，FPPU6-Zn2在室温下拉伸强度达42MPa、韧性达191MJ·m-3；即使在-100℃极低温下，其拉伸强度仍达62MPa、韧性达102MJ·m-3，液氮浸泡后仍可反复拉伸扭转而不发生断裂；在100℃高温下仍保持可观强度。
系列表征结果表明，PFPE与PTMEG软段、硬段的极性差异大，有效抑制了软硬段之间氢键的形成，减少了跨相氢键作用，转而促进硬段自身的有序聚集，有效促进微相分离结构的形成。随Zn2+含量增加，微相分离程度显著增强，这种规整稳定的硬畴作为耐高温物理交联位点，高温条件下不易解离，持续承担外部载荷，是材料维持良好高温力学性能的关键。材料存在-35℃与-100℃双重玻璃化转变，后者赋予材料在主链冻结状态下仍可维持的局部链段运动能力，从而保障了极低温下的韧性保留。
该研究揭示了微相分离结构对聚氨酯宽温域力学稳定性的调控机制，有效解决了传统弹性体低温脆化与高温软化难以兼顾的矛盾，为面向深空探测、极端密封工况的高性能弹性体材料设计提供了新思路。
上述研究成果以「在宽温度范围内具有优异力学稳定性的聚氨酯弹性体」为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces。兰州化物所硕士研究生蔡重阳为论文第一作者，王齐华研究员与张耀明研究员为共同通讯作者。
上述研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、甘肃省科技计划、中央引导地方科技发展和兰州化物所“十五五”规划培育等项目的支持。
FPPU-Zn聚氨酯弹性体宽温域力学性能
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