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环氧树脂(EP)具有良好的物理、化学性能,其优点是粘接强度高、防腐蚀性好、成型性和热稳定性好等,被广泛运用于粘合剂、建筑材料、电子、航天航空等领域。但由于环氧树脂固化后质脆,在冲击力作用下,易发生应力开裂,这限制了其在高耐冲击及抗断裂性能情况下的应用。聚氨酯(PU)具有优异的耐磨、耐油、耐低温等性能,被广泛用作泡沫塑料、弹性体、涂料、胶黏剂、密封胶等。聚氨酯(PU)作为柔性链,很好的弥补环氧树脂质脆的这一缺陷,同时环氧树脂作为增强相可以有效的提高聚氨酯材料的拉升强度及冲击强度,改善其高温性能。采用互穿网络聚合物(IPN)技术将聚氨酯和环氧树脂结合是改性聚氨酯和环氧树脂的有效方法。IPN结构通过聚氨酯与环氧树脂各自网络互穿交联后形成聚合物共混物。网络之间的互穿使聚合物达到“强迫互容”和“协同效应”的效果,使得IPN在增韧树脂、增强橡胶、阻尼材料等多方面得到广泛应用。在加工成型和使用过程中,聚合物由于受到热、机械和化学等因素的作用,内部会产生不同程度的微裂纹,因此会造成材料的力学性能降低、使用寿命缩短。目前科研工作者受动植物体损伤后可自愈合的启发,提出了自修复材料的概念,近年来通过Diels-Alder(DA)共价键体系来制备自修复材料备受科研人员的关注。DA反应是热可逆动态反应,其反应条件温和,而且这种环加成-可逆反应可多次循环,同时由于其副反应少、不需要催化剂使得制备工艺简单有效,可以实现材料的多次修复和循环利用。因此,为自修复材料提供了一种行之有效的途径。本研究利用热可逆DA键设计制备了聚氨酯和环氧树脂相互改性的两种自修复树脂体系。首先制备了E51环氧树脂改性自修复聚氨酯体系,探究了环氧树脂作为增强相,增强自修复聚氨酯的力学性能,以及E51含量对自修复聚氨酯修复效率的影响。然后制备了基于DA键的自修复聚氨酯改性糠基缩水甘油醚(FGE)环氧,探究了不同自修复聚氨酯含量对环氧树脂的增韧效果的影响。同时对自修复聚氨酯如何提高环氧树脂的修复效率,以及如何影响环氧树脂的修复行为机理进行了分析研究。主要得出结论如下:(1)E51环氧改性自修复聚氨酯的制备及性能研究:首先合成了具有呋喃封端的聚氨酯预聚体(MPF),然后根据呋喃环的摩尔比加入双马来酰亚胺(BMI),合成了自修复聚氨酯(PU-DA),在通过E51环氧对PU-DA改性制备出E51环氧改性自修复聚氨酯(PU-DA-E51),最后按照比例加入固化剂。通过化学结构表征,证明E51环氧的加入并未破坏PU-DA中的DA键;通过DSC表征及gel-solution-gel测试证明PU-DA-E51中的DA键具有热可逆性。通过对不同E51含量的PU-DA-E51进行拉伸和冲击测试,证明E51环氧的引入增强了聚氨酯的拉伸强度及冲击强度。(2)E51环氧改性自修复聚氨酯的修复行为及修复机理研究:利用偏光显微镜观察和拉伸试验定量分析,对E51改性聚氨酯的自修复行为进行了考察,结果表明:含有DA键的聚氨酯PU-DA-E51具有良好的修复能力。划痕深度为0.5 mm的PU-DA-E51试样在130 ~oC下热处理15 min时裂纹完全消失,修复效率最高可达到79.8%。探索发现PU-DA-E51的修复是通过热可逆DA反应修复和分子链热运动修复两种修复机理共同作用而实现的。并利用偏光显微镜和拉伸测试对不同E51含量的自修复聚氨酯的修复行为进行了探究,进一步证实了PU-DA-E51的修复是通过双重修复机理共同作用而实现的。(3)自修复聚氨酯改性糠基缩水甘油醚(FGE)环氧的制备及性能研究:首先合成体系制备的聚氨酯预聚体(MPF),然后将设计合成的FGE环氧单体按比例与其共混,在85 ~oC下与BMI进行DA反应,合成了自修复聚氨酯改性FGE环氧(FGE-DA-PU)。最后按照比例加入固化剂。利用FT-IR对FGE-DA-PU的化学结构进行表征,确定了MPF与FGE通过DA键进行交联;利用DSC测试了FGE-DA-PU的热性能,确定了热处理条件为85 ~oC热处理24 h,其rDA反应温度为130 ~oC;通过冲击和三点弯曲测试,证明了聚氨酯含量为20%时,FGE-DA-PU的冲击强度及三点弯曲强度达到最佳;通过扫描电子显微镜对冲击断口试样表面组织观察,证明随着聚氨酯含量的增加,首先呈现为“海岛结构”最后呈现两相分离结构。(4)自修复聚氨酯改性自修复环氧树脂的修复行为及修复机理探究:利用数码照相机对添加了不同自修复聚氨酯的FGE-DA-PU的修复行为进行了测试,发现随着自修复聚氨酯含量的增大,FGE-DA-PU试样的裂纹愈合效果越来越好。通过三点弯曲测试多次修复后试样的力学性能,结果表明,当增大自修复聚氨酯添加量时,首次修复的自修复环氧树脂的修复效率显著增加。同时有效提高了其多次修复效率,FGE-DA-PU试样三次修复后修复效率仍可达到65%以上,这表明FGE-DA-PU具有良好的多次修复性能。研究结果同时也表明自修复聚氨酯改性自修复环氧树脂的修复也是通过双重修复机理实现的。