形狀記憶聚氨酯回復(fù)力及其影響因素探究.pdf

1、溫敏型形狀記憶聚氨酯（SMPU）因其具有良好的形狀記憶性能、力學(xué)性能、生物相容性和可降解性而在生物醫(yī)學(xué)工程、紡織、包裝等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。SMPU的形狀回復(fù)率和形狀回復(fù)力對(duì)SMPU的應(yīng)用至關(guān)重要。盡管有關(guān)SMPU形狀回復(fù)率的影響因素如變形率、變形溫度和回復(fù)溫度等的研究已相當(dāng)廣泛，但有關(guān)SMPU形狀回復(fù)力的定量檢測(cè)及其影響因素的研究卻很少。構(gòu)建定量檢測(cè)SMPU形狀回復(fù)力的裝置，并深入探究回復(fù)力的影響因素和機(jī)制對(duì)于指導(dǎo)SMPU的材料設(shè)計(jì)、器

2、械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和賦形方式等有重要指導(dǎo)作用。
　　本課題組自主研發(fā)了一臺(tái)基于懸臂梁的張力計(jì)，并初步驗(yàn)證了該張力計(jì)在定量檢測(cè)SMPU形狀回復(fù)力中的可行性。本研究進(jìn)一步完善了該張力計(jì)的計(jì)算模型以提高檢測(cè)準(zhǔn)確度，并采用該裝置定量檢測(cè)了SMPU變形方式、變形率、回復(fù)溫度等對(duì)形狀回復(fù)力的影響，從理論上分析了形狀回復(fù)力的機(jī)制。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　?、俨捎妹媪佑|模式替代點(diǎn)力接觸模式對(duì)回復(fù)力檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，確立了裝置的使用方法和檢測(cè)

3、步驟，并對(duì)檢測(cè)裝置進(jìn)行了校驗(yàn)。改進(jìn)裝置的有效檢測(cè)范圍為0-5N，誤差在2％以內(nèi)，精度等級(jí)為1.0級(jí)。檢測(cè)結(jié)果具有較好的重復(fù)性。
　?、诓捎脡核艹尚头庸ち薙MPU板材（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg為40.7oC）。利用該裝置測(cè)試了拉伸變形率對(duì)拉伸回復(fù)應(yīng)力的影響。研究表明，拉伸回復(fù)應(yīng)力隨回復(fù)時(shí)間逐漸增大，到最大值后又逐漸減??；回復(fù)速率也隨變形率增大而增大；最大拉伸回復(fù)應(yīng)力具有明顯的變形率依賴性：隨變形率增加，拉伸回復(fù)應(yīng)力逐漸增大；在變形率為1

4、20%即彈性極限附近時(shí)回復(fù)應(yīng)力達(dá)到最大值。
　　③測(cè)試了彎曲變形率（180o、150o、120o）對(duì)SMPU板材回復(fù)力的影響。研究表明，SMPU板材的彎曲回復(fù)力隨著彎曲變形率增大而增大，在180°時(shí)達(dá)到最大值。
　　④考查了回復(fù)溫度（>=Tg，即>=40oC）對(duì)SMPU拉伸回復(fù)應(yīng)力的影響。結(jié)果表明，SMPU拉伸回復(fù)應(yīng)力隨回復(fù)溫度增加而逐漸減小，但SMPU回復(fù)速率隨回復(fù)溫度增加而加快。在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近SMPU回復(fù)應(yīng)力最大。

5、
　?、堇脽崃W(xué)理論對(duì)SMPU板材的拉伸回復(fù)過(guò)程進(jìn)行分析，得到拉伸回復(fù)應(yīng)力σr與拉伸率λ之間的關(guān)系式，其中A0、ι0分別為板材初始面積、長(zhǎng)度，K為玻爾茲曼常數(shù)，T為回復(fù)溫度，N為總網(wǎng)鏈數(shù)。該式表明，在材料的彈性極限范圍內(nèi)，材料的回復(fù)應(yīng)力隨著變形率的增加而變大，這與拉伸實(shí)驗(yàn)所得規(guī)律一致。
　?、迣?duì)彎曲回復(fù)過(guò)程進(jìn)行了理論分析，得到板材彎曲回復(fù)力Fr與彎曲角度θ之間的關(guān)系式，其中R、r分別為板材彎曲外曲面和內(nèi)曲面的半徑，L、b分