日本名古屋大學開發出一種新型高抗衝擊結構膠 有助於減輕汽車重量或將實現更輕和更節能車輛

9月24日，名古屋大學（Nagoya University）和愛信化學宣布，他們在環氧樹脂中添加了苯乙烯類熱塑性彈性體，與不含橡膠成分的環氧樹脂黏合劑相比，其衝擊強度和剝離性提高了約11倍。

此外，名古屋大學獨立開發的含有氫鍵苯乙烯熱塑性彈性體的黏合劑的衝擊強度是不含橡膠成分的環氧樹脂黏合劑的約22倍，剝離強度是約2.1倍。

名古屋大學研究生院工學研究科Atsushi Noro講師（兼任材料創新研究所、未來社會創造研究所/名古屋大學脫碳社會創造中心）、研究生山田沙也發表了研究結果以及同一大學的梶田隆人研究員、西本澪研究員、堀內純子先生、愛信化學藤井義郎先生、坂口一裕先生、服部一雄先生、田村浩先生、加納達也先生。武信領導的研究小組。詳細資訊發表在 ACS Applied Materials & Interfaces 上，這是一本涉及材料和介面工藝的學術期刊。

這項研究的圖片（資料來源：源於網絡）

許多東西，例如汽車、飛機、建築物等，都是由許多零件組合而成，為了將不同材料的零件組合起來，需要使用釘子、螺絲、螺栓和螺母、鉚釘、焊接、粘合劑、根據材料和材料的不同，採用各種方法。在這種情況下，在汽車的開發中，為了提高燃料效率和減少廢氣，總是需要減輕重量，此外，據說還有助於提高結構(車架部件)的粘合劑。加入不同的材料，越來越多地被使用。

目前應用最廣泛的結構膠是環氧樹脂膠，它具有優異的機械強度和耐久性，但這種膠的固化產物一般較硬，缺乏柔韌性，因此存在衝擊強度和剝離強度較低的問題。且容易被外力損壞。為了製造優異的黏合劑，添加軟橡膠成分並將其均勻分散被認為是有效的，但由於橡膠成分通常不溶於環氧樹脂，因此分散是其實現的障礙。

結構膠在汽車中的應用場合

汽車中使用結構膠的場所（綠線）（資料來源：源於網絡）

解決這些問題的一個想法是使用在環氧樹脂分子層級上結合不溶性橡膠組分和可溶性組件的添加劑。據認為，這使得橡膠組分能夠均勻地分散在環氧樹脂中，結果，可以賦予固化後的黏合劑柔性和耐衝擊性。

因此，研究小組開發了一種名為「聚苯乙烯-b-聚異戊二烯-b-聚苯乙烯」（SIS）的嵌段，這是一種苯乙烯基熱塑性彈性體，在室溫下功能類似橡膠，但具有塑膠的加工性能。

橡膠組分在環氧樹脂中的分散圖像
 (a) 橡膠組分理想的均勻分散。 (b) 橡膠成分的聚集。 (c) SIS 的分散。 (d) 氫鍵 SIS 的分散。黃線和橙點是固化後的環氧樹脂，粉紅色曲線是橡膠成分，黑線是可溶於環氧樹脂的聚合物成分，綠色L形是氫鍵官能基（來源：源於網路）

熱塑性彈性體是由塑膠組分和彈性體（像橡膠一樣表現出彈性行為的材料）組成的聚合物，它們透過化學鍵連接在一起，不會恢復到原來的形狀。其中，苯乙烯是指含有塑膠成分「聚苯乙烯」的物質。 SIS是一種嵌段型聚合物（嵌段共聚物），其中聚苯乙烯和橡膠成分「聚異戊二烯」這兩種不同的聚合物成分透過ABA型的共價鍵連接。

當已開發出含有SIS的環氧樹脂黏合劑並對其衝擊強度和剝離強度進行研究時，發現其衝擊強度和剝離強度比不含橡膠成分的環氧樹脂黏合劑高約11倍。約1.3倍的改進。此外，當添加名古屋大學獨自開發的「氫鍵SIS」時，衝擊強度增加了約22倍，剝離強度增加了約2.1倍。經證實，與不含橡膠成分的環氧樹脂膠黏劑相比，此膠合劑的性能顯著提高。

傳統黏合劑和新開發黏合劑的衝擊強度（相對值）（來源：源於網絡）

添加了SIS 或氫鍵SIS 的新開發的環氧樹脂粘合劑具有顯著優異的粘合性能，例如衝擊強度和剝離強度，並且在用於異種材料的接合時與傳統的環氧樹脂結構粘合劑相似。透過將此黏合劑適當地應用到車輛上，應該能夠為減輕重量、提高行駛穩定性、提高燃油效率、減少廢氣排放做出重大貢獻。研究團隊計劃繼續研究和開發，旨在將這項技術應用於社會。

這項突破對汽車產業具有重要意義，因為它滿足了市場對強度更高、柔韌性更強的黏合劑的需求，能夠在輕質、多材料的汽車設計中黏合不同材料。

Atsushi Noro表示：「這種新型結構膠粘劑有望在減輕車輛重量方面發揮關鍵作用，這對提高燃油效率和降低排放至關重要。該結構膠粘劑能夠粘合金屬和纖維增強塑料等各種材料，因此能夠在不影響安全性和性能的情況下設計出更輕的車輛。

儘管該結構膠粘劑有望成為汽車行業追求可持續性和性能的寶貴工具，但研究人員預計，隨著研究的繼續，它還可以用於航空航天和建築等其他行業，減輕所用材料的重量並改善這些重工業的碳成本。