形狀記憶高分子材料

1、淺談形狀記憶高分子材料及典例淺談形狀記憶高分子材料及典例摘要：摘要：高分子形狀記憶材料近年來吸引了許多研究者的目光因其低廉的成本、優(yōu)異的加工性能、良好的回復(fù)性、多變的力學(xué)和物理性能等優(yōu)勢(shì)迅速地發(fā)展起來。按形狀記憶的方式它可分為熱致感應(yīng)型、光致感應(yīng)型和化學(xué)物質(zhì)感應(yīng)型等能滿足不同的應(yīng)用需求。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：形狀記憶高分子形狀記憶樹脂熱致感應(yīng)性一、形狀記憶高分子材料定義一、形狀記憶高分子材料定義形狀記憶高分子（ShapeMemyPolymer

2、）SMP材料是指具有初始形狀的制品，在一定的條件下改變其初始形狀并固定后通過外界條件（如熱、光、電、化學(xué)感應(yīng)）等的刺激，又可恢復(fù)其初始形狀的高分子材料。二、形狀記憶高分子材料結(jié)構(gòu)二、形狀記憶高分子材料結(jié)構(gòu)高分子的各種性能是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的本質(zhì)反映，而高分子的形狀記憶功能是有其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。目前開發(fā)的形狀記憶高分子一般是有保持固定成品形狀的固定相和在某種溫度下能可逆的發(fā)生軟化—硬化的可逆相組成。固定相的作用是初始形狀的記憶和恢復(fù)，第二

3、次變形和固定則是有可逆相來完成。固定相可以是高分子的交聯(lián)結(jié)構(gòu)、部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)、高分子的玻璃態(tài)或分子鏈的纏繞等?？赡嫦鄤t為產(chǎn)生結(jié)晶與結(jié)晶熔融可逆變化的部分結(jié)晶相，或發(fā)生玻璃態(tài)與橡膠態(tài)可逆轉(zhuǎn)變（玻璃化溫度Tg）的相結(jié)構(gòu)。三、形狀記憶高分子材料機(jī)理三、形狀記憶高分子材料機(jī)理形狀記憶性是指某種材料在成型加工過程中形成某種固有形狀的物品，在某些條件下發(fā)生變形并被固定下來后，當(dāng)需要它時(shí)只要對(duì)它施加一定手段（如加熱，光照，通電，化學(xué)處理等），使其迅速恢

4、復(fù)到初始形狀。也就是說，具有形狀記憶性的物質(zhì)就像有生命的東西，當(dāng)其在成型加工中被塑造成具有某種固有的初始形狀的物品后，就對(duì)自己所獲得的這種初始形狀始終保持有終生記憶的特殊功能，即使在某些情況下被迫改變了本來面目，但只要具備了適當(dāng)?shù)臈l件，就會(huì)迅速恢復(fù)到原有的初始形狀。這種可逆性的變化可循環(huán)往復(fù)許多次，甚至幾萬次。高分子材料的形狀記憶性，是通過它所具有的多重結(jié)構(gòu)的相態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)，如結(jié)晶的形成與熔化，玻璃化與橡膠態(tài)的轉(zhuǎn)化等。迄今開發(fā)的形狀記憶

5、高分子材料都具有兩相結(jié)構(gòu)，即能夠固定和保持其成型物品固有初始形狀的固定相以及在一定條件下能可逆地發(fā)生軟化與固化，從而獲得二次形狀的可逆相。這兩相結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)就是對(duì)應(yīng)著形狀記憶高分子內(nèi)部多重結(jié)構(gòu)中的結(jié)點(diǎn)（如大分子鍵間的纏繞處，聚合物中的晶區(qū)，多相體系中的微區(qū)，多嵌段聚合物中的硬段，分子鍵間的交聯(lián)鍵等）和這些結(jié)點(diǎn)之間的柔性連段。簡(jiǎn)言之，就是由固定相或稱硬相軟化硬化可逆相或稱軟相構(gòu)成，通過可逆相的可逆變化而具有形狀記憶效應(yīng)。四、形狀記憶高分子材

6、料分類四、形狀記憶高分子材料分類形狀記憶高分子材料根據(jù)其形狀回復(fù)原理可分為：熱感應(yīng)SMP，電致感應(yīng)型SMP，光致感應(yīng)型SMP，化學(xué)感應(yīng)型SMP。熱致型SMP：在室溫以上變形，并能在室溫固定形變且可長(zhǎng)期存放，當(dāng)溫度再升至某一特定響應(yīng)溫度時(shí)，制件能很快回復(fù)初始形狀的聚合物。電致感應(yīng)型SMP:熱致型形狀記憶功能高分子與具有導(dǎo)電性能物質(zhì)（如金屬粉末及導(dǎo)電高分子）復(fù)合材料。其記憶機(jī)理與熱致感應(yīng)型SMP相同該復(fù)合材料通過電流產(chǎn)生的熱量使烯結(jié)晶相熔化

7、，在聚苯乙烯內(nèi)應(yīng)力作用下，即可恢復(fù)到一次成型時(shí)的形狀。熱致型SMP與SMA（形狀記憶合金）相比，SMP具有如下特征:(a)SMP形變量較高，形狀記憶聚氨酯高于400%；(b)SMP的形狀恢復(fù)溫度可以通過化學(xué)方法調(diào)整；(c)SMP的形狀恢復(fù)應(yīng)力一般均比較低，在9.81~29.4MPa(d)SMA的重復(fù)形變次數(shù)可達(dá)10^4數(shù)量級(jí)，而SMP僅稍高于5000次，故SMP的耐疲勞性不理想。(e)目前SMP僅有單向記憶功能，而SMA已發(fā)行了雙向記憶

8、和全方位記憶功能。同SMA類似SMP在常溫范圍內(nèi)具有塑料的性質(zhì)即形狀穩(wěn)定性而在一定的溫度下即所謂的記憶溫度下具有橡膠的特性表現(xiàn)為材料的可變性和形狀恢復(fù)性。與形狀記憶合金相比形狀記憶高分子不僅形變量大、賦形容易、形狀響應(yīng)溫度便于調(diào)整而且具有保溫、絕緣性能好、不銹蝕、易著色、可印刷、質(zhì)輕價(jià)廉等特點(diǎn)。目前已應(yīng)應(yīng)用在許多相關(guān)領(lǐng)域尤其在醫(yī)療和日常用品等方面。此外SMP還具有以下特點(diǎn):形狀記憶合金形變量低(10%以下)而SMP較高例如形狀記憶聚氨酯

9、和反式聚異戊二烯(TPI)高于400%SMP的形狀恢復(fù)溫度可以通過化學(xué)方法改變而具體品種的SMA的恢復(fù)溫度一般較為固定SMP的恢復(fù)應(yīng)力較低為918～29MP而SMA一般高于1000MPSMA的耐疲勞性較為理想重復(fù)變形次數(shù)可達(dá)104以上而SMP僅為5000次SMP僅有單向記憶功能而一些SMA具有雙向記憶功能。七、七、熱致感應(yīng)型材料的應(yīng)用熱致感應(yīng)型材料的應(yīng)用近年來科研工作者對(duì)熱致感應(yīng)型纖維產(chǎn)生了濃厚的興趣。韓永良等指出今后應(yīng)大力開發(fā)智能型熱

10、致感應(yīng)形狀記憶纖維的直接紡絲生產(chǎn)技術(shù)提高纖維的形變回復(fù)力及尺寸穩(wěn)定性纖維的應(yīng)用前景看好。胡金蓮及周鳳飛等闡述了形狀記憶高分子材料在紡織中的應(yīng)用性能。聚烯烴類熱致感應(yīng)型材料就其性能又可分為通用型和阻燃型兩大類通用型價(jià)格便宜使用面廣可大量用于包裝工業(yè)阻燃型則大多用于國(guó)防尖端技術(shù)如導(dǎo)彈、火箭、飛機(jī)等工業(yè)。聚酯類有良好的電學(xué)性能及極好的機(jī)械物理性能所以廣泛應(yīng)用于電器工業(yè)的包封材料。氟塑料類則由于它們的耐高溫、耐老化、耐化學(xué)腐蝕及優(yōu)異的電學(xué)性能因

11、而這一類收縮材料的應(yīng)用領(lǐng)域主要是國(guó)防軍事工業(yè)及尖端工業(yè)可用于不同口徑高分子管材的接口和鉚釘、醫(yī)療固定器具、火災(zāi)報(bào)警器感溫裝置等。某些用形狀記憶高分子材料做成的便攜式容器和玩具在登山、旅游時(shí)攜帶十分方便。需要時(shí)用熱水加熱使之回復(fù)到原狀取出冷卻固定后即可使用。高強(qiáng)度的形狀記憶高分子材料還可做做汽車的擋板和保險(xiǎn)杠等在汽車發(fā)生碰撞之后只需用熱風(fēng)加熱即可使變形部分回復(fù)原狀。八、熱致感應(yīng)型材料研究現(xiàn)狀八、熱致感應(yīng)型材料研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外工作者對(duì)其進(jìn)行了

12、廣泛的研究楊哲探討了熱致感應(yīng)型形狀記憶高分子材料的記憶機(jī)理并對(duì)幾種形狀記憶高聚物的實(shí)施方法進(jìn)行了研究認(rèn)為該類材料集塑料橡膠的特性于一體在記憶溫度下的行為與橡膠的彈性理論相一致李府春等也對(duì)這一領(lǐng)域的相關(guān)問題進(jìn)行了研究。左蘭認(rèn)為聚氨酯是一種多嵌段共聚物可通過調(diào)節(jié)原料的組成和配比得到性能各異的新型功能高分子材料。由硬段、軟段交替排列組成的聚氨酯分子鏈具有微相分離的本體結(jié)構(gòu)符合熱致形狀記憶高分子材料的條件并具有良好的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐撓曲性