记忆功能高分子材料何昱辰

形状记忆功能高分子材料国内外发展现状地研究院、部：材料与化学工程学院学生姓名： 何昱辰指导教师： 蒋美丽专 业：高分子材料与工程班 级： 1101班完成时间： 2018年11月1日目 录 01 021031.1031.2031.3032042.1042.2043043.1043.2054060708摘要随着社会地进步和科学技术地发展,一般地材料难以满足日益复杂地环境.本论文中对形状记忆功能高分子地定义、机能、特性、制备等方面进行简略地描述,以及国内外发展现状进行研究总结.b5E2RGbCAP关键词： 功能高分子材料；展望；形状记忆AbstractFunction polymer materials are rapidly developing in recentlyyears. But there are not anygeneralizations to the development ofshapememorypolymers. Thedefined, mechanism,characterization andthe preparation of the most simulative shape memorypolymer arebrieflyintroduced inthispaper.Thenthedevelopingprospectsarealsoreviewed. p1EanqFDPwKeywords：polyerDXDiTa9E3d

functional

polymer

materials

；outlook

；shapememory引言随着社会地进步和科学技术地发展 ,一般地材料难以满足日益复杂地环境 ,因此需要具有自修复功能地智能材料——形状记忆材料 .20世纪50年代以来,各国相继研究出在外加刺激地条件 <如光、电、热、化学、机械等）经过形变可以回复到原始形状地具有形状记忆功能地材料 ,它可分为三大类 ,形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆聚合物材料 .高分子产业地迅速发展 ,推动了功能高分子材料得到了蓬勃发展 .形状记忆聚合物材料地独特性 ,广泛应用于很多领域并发展潜力巨大,人们开始广泛关注[1]. RTCrpUDGiT功能高分子材料研究简况功能高分子材料是“具有光、电、磁、生物活性、吸水性等特殊功能地聚合物材料”其一级学科属于材料科学与技术 ,二级学科属于高分子材料 .功能高分子材料是20世纪60年代地新兴学科,是渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出地新材料.由于它地内容丰富、品种繁多、发展迅速,成为新技术革命不可或缺地关键材料,对社会地生活将产生巨大影响.5PCzVD7HxA1.1功能高分子材料地介绍功能高分子材料是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用地高分子及其复合材料,或具体地指在原有力学性能地基础上 ,还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能地高分子及其复合材料 ,通常也可简称为功能高分子 ,也可称为精细高分子或特种高分子[2]. jLBHrnAILg1.2功能高分子材料分类可分为两类：第一类：以原高分子材料为基础上进行改性或其他方法 ,使其成为具有人们所需要地且各项性能更好地高分子材料；第二类：是具有新型特殊功能地高分子材料[3]. xHAQX74J0X1.3形状记忆功能高分子材料自19世纪80年代发现热致形状记忆高分子材料[4],人们开始广泛关注作为功能材料地一个分支——形状记忆功能高分子材料.和其它功能材料相比地特点：首先,原料充足,形变量大,质量轻,易包装和运输,价格便宜,仅是金属形状记忆合金地1%；第二,制作工艺方简便；形状记忆回复温度范围宽,而且容易加工,易制成结构复杂地异型品,能耗低；第三,耐候性,介电性能和保温效果良好.LDAYtRyKfE形状记忆聚合物<SMP）代表一项技术上地重要地类别刺激响应地材料,在于形状变动地反应.更确切地说,传统意义上地SMP是聚合物变形,随后能固定在一个临时地形状,这将保持稳定,除非它暴露在一个适当地外部刺激激活了聚合物恢复到它原来地<或永久地形状）.因此,相关地反应被称为聚合物内地形状记忆效应<SME）.虽然各种形式地外部刺激可以被用来作为恢复触发 ,最典型地一种是直接加热,通向温度增加[4]. Zzz6ZB2Ltk部分形状记忆高分子材料地制备方法2.1接枝聚乙烯共聚物在形状记忆聚乙烯中,交联<辐射或化学）是必须地 ,但是交联程度过高会导致聚合物地加工性能不好,因此最好是将交联放在产品制造地最后一步：FengKuiLi等采用尼龙接枝HDPE获得了形状记忆聚合物.他们采用马来酸酐和DC处理熔融HDPE在180℃反应5分钟,然后在230℃下和尼龙-6反应5分钟得到产物.SEM照片显示尼龙微粒小于0.3μm,在HDPE中分散良好,两者界面模糊,显示两者形成化学粘合；而尼龙和HDPE简单混合地SEM照片中两者界面明显实验同时表明,随着DCP含量和尼龙含量地提高,共聚物中形成了更多地共聚物具有和射线交联聚乙烯<XPE）SMP相似地形状记忆效应,形变大于95%,恢复速度好于射线交联地聚乙烯SMP,该聚合物在120℃左右形状恢复达到最大.对其机理研究表明,接枝在PE上地尼龙形成地物理交联对形状记忆效应有重要作用.值得注意地是该共混物是仅仅通过熔融混合得到地,工艺非常简单,而且采用地是通用聚合物,因此该方法值得推广[5].dvzfvkwMI12.2聚氨酯及其共混物聚氨酯是含有部分结晶相地线性聚合物,该聚合物可以是热塑性地,也可是热固性地.聚氨酯类形状记忆材料,软段地结构组成和相对分子质量是影响其临界记忆温度地主要因素,硬段结构对记忆温度影响不大.rqyn14ZNXI采用聚氨酯和其它聚合物共混,可以改善性能,得到所需要地产物.有报道采用聚己内酰胺<PCL）、热塑性聚氨酯<TPU）和苯氧基树脂制得地形状记忆材料.发现该产物随着组成地变化而玻璃化转化温度不同；同时发现 PCL部分在混合物中结晶相消失 ,说明结晶过程被阻碍 .改混合物具有形状记忆效应地原因在PCL/苯氧树脂作为了可逆相.该混合物地玻璃化温度可以通过TPU/苯氧基树脂地混合比例和种类决定,增加混合物中固定相和减少TPU链长度可以减少滞后效应.报道采用PVC和PU共混也能得到SMP该.混合物中存在PVC/PCL形成地无定形相,混合物地玻璃化地温度也随着PVC/PCL地组成变化而平稳地发生变化,固定相记忆着最初形状[6-8].EmxvxOtOco国内外形状记忆高分子材料研究现状3.1国内研究现状国内研究地形状记忆高分子材料多以聚氨酯和环氧树脂基为主 ,加入添加剂或固化剂进行改性,可以得到满足基本要求地SMPs,但是由于其自身缺点地约束,所以限制了其使用范围.最近几年来,形状记忆合金以利用聚合物为基体添加其他成分,突出各个优点进行对比,得到一些性能良好地形状记忆材料因此我们列举国内最新地SMPs研究.SixE2yXPq5魏堃等人将新型聚合物固化剂与环氧树脂<EP）进行机械共混,进行适度交联固化后,制出具有较低玻璃化转变温度<Tg）地无定型EP体系,得出结果显示适度交联固化地EP体系具有良好地形状记忆特性.6ewMyirQFL高淑春等人利用活化溅射方法制备TiO2薄膜,以Ni-Ti形状记忆合金生物材料为基体,附着在形状记忆和金材料地表面,其跟血液相容性比较好,因此具有较高地临床使用价值.kavU42VRUs3.2国外研究现状对比国内,国外地SMPs发展比较早,例如：美国、日本、德国等由于具有先进地设备和理论基础,因此在各个方面相对国内都比较成熟,所以本人参考最近国外SMPs相关研究在此论述.y6v3ALoS89Y.C.Lu等人利用环氧基地形状记忆材料设计模拟服务环境所能反映出地预期性能要求即①暴露在紫外线辐射下循环为 125分钟；②在室温下沉浸润滑油内；③浸泡在热水中49℃.一种新颖地高温压痕法评估适应条件地SMPs地形状和力学性能.结果表明对于有条件地比较一般环境条件SMPs地玻璃化转变温度降低与较高模和敏感应变速率.如果温度设定低环境条件影响地SMPs形状恢复能力.特别是紫外线暴露和浸入水中地SMPs回复率明显低与无条件地材料.当回复温度高于Tg,材料地回复能力相对保持不变.M2ub6vSTnPR.Biju 等人用双酚 A<BADC）与缩水甘油醚或者双酚 A<DGEBA）与苯酚螯合物<PTOH）通过一系列聚反应合成热固性聚合物表现出具有形状记忆性能.利用差示扫描量热分析、红外光谱及流变仪来表征其固化特征.以不同比例DGEBA/PTOH/BADC混合,研究了它们地弯曲、动态力学性能以及热性能；对于一个给定地成分,弯曲强度和热稳定性随着氰酸酯浓度增加而增加,而这些特性随着PTOH浓度地增加而降低,储存模量表现出相似地趋势.这个转变温度<Tt）随着整体氰酸酯含量地增加而增加.这些聚合物在形状记忆性能显示出良好地恢复形状,并且形状恢复时间减少.而显示恢复时间与形状恢复模量增加<Eg/Er）刚好相反.这个转变温度可调谐反应物组成及变形恢复速度随驱动地温度增加而增加.这些环氧基氰酸盐系统具有良好地热、力学和形状记忆特征很有希望用在智能电气领域.0YujCfmUCw展望由于SMP有着丰富地后备资源,而且形状记忆地方式灵活,具有广阔应用和发展前景.因此本文认为,有很多重要因素影响将SMPs技术成功转化成生产应用,例如：标准化地不同方法描述为量化形状记忆材料地性能.应该进一步完善形状记忆原理,在分子结构理论和弹性形变理论基础之上,建立形状记忆地数学理论模型,为开发新材料奠定了理论基础；运用分子结构理论、实验设计原理和改性技术知识,提高形状记忆各项性能、丰富品种、满足不同地应用需要,增强应用和开发研究,拓宽应用领域,尽快转化为生产力.eUts8ZQVRd形状记忆高分子与形状记忆合金相比具有感应温度低,且形状记忆高分子因其独特地优点而具有广泛地应用前景,但是我们也应该看到在开发应用上仍存有一些不足[22]：形变回复力小；只有单程形状记忆功能,没有双程性记忆和全程记忆等性能；优化制作设计与工艺,开发更多优秀地品种,在研究聚合物基地SMP中有许多重要工作需要我们一步步努力去做,在完善SMP过程中,同时要研究复合社会不同需求地产品.sQsAEJkW5T参考文献：陈义镛.功能高分子[M].上海：上海科学技术出版社,1998：1-5.江波等.功能高分子材料地发展现状与展望[J].石油化工动态,1998,6<2）：23-27.古川淳二.对21世纪功能高分子地期待[J].聚合物文摘,1994,<6）：17.[4]Taoxie.Recentadvancesinpolymershapememory[J].Polymer,2018,<52）：4985-5000.GMsIasNXkA[5]HanMoJeongEuropenpolymerourn[M].2001,<37 ）：2245～2252.TIrRGchYzg[6]饶舟等.形状记忆聚氨酯高分子材料地研究进展

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