形狀記憶高分子材料

《形狀記憶高分子材料》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、形狀記憶高分子材料（SMP）的綜述高分子0801田志強(qiáng)19號(hào)20世紀(jì)60年代初，英國(guó)科學(xué)家A.Charlesby在其所著的《原子輻射與聚合物》中，首次報(bào)道了經(jīng)輻射交聯(lián)后的聚乙烯具有記憶效應(yīng)。當(dāng)時(shí)這種發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有引起人們的足夠的重視。隨后美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）考慮其在航空航天領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值，對(duì)不同牌號(hào)的聚乙烯輻射交聯(lián)后的記憶特性又進(jìn)行了研究，證實(shí)了輻射交聯(lián)聚乙烯的形狀記憶性能。70年代末到80年代初，美國(guó)Raychem，RDI(RadiationDynamicsInc.)公司進(jìn)一步將交聯(lián)聚烯烴類形狀記憶聚合物商品化，廣

2、泛應(yīng)用于電線電纜，管道的接續(xù)與防護(hù)，至今F系列戰(zhàn)斗機(jī)，Boeing飛機(jī)上的電線接續(xù)與線挽仍在廣泛使用這類記憶材料。此外，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)春應(yīng)化所，西北核技術(shù)研究所等單位80年代后期以來(lái)也有研究和生產(chǎn)。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等：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

3、機(jī)理與熱致感應(yīng)型SMP相同該復(fù)合材料通過(guò)電流產(chǎn)生的熱量使體系溫度升高，致使形狀回復(fù)，所以既有導(dǎo)電性能，又有良好的形狀記憶功能，主要用于電子通訊及儀器儀表等領(lǐng)域。光致感應(yīng)型SMP：將某些特定的光致變色集團(tuán)（PCG）引入高分子主鏈或側(cè)鏈中當(dāng)受到光照射時(shí)，POG發(fā)生光異構(gòu)化反應(yīng)，使分子鏈的狀態(tài)發(fā)生顯著變化，材料在宏觀上表現(xiàn)為光致形變;光照停止時(shí)，PCG發(fā)生可逆的光異構(gòu)化反應(yīng)，分子鏈的狀態(tài)回復(fù)，材料也回復(fù)其初始形狀。該材料用作印刷材料，光記錄材料，“光驅(qū)動(dòng)分子閥”和藥物緩釋劑等?；瘜W(xué)感應(yīng)型SMP利用材料周圍介質(zhì)性質(zhì)的變化來(lái)激發(fā)材料變形

4、和形狀回復(fù)。常見的化學(xué)感應(yīng)方式有PH值變化，平衡離子置換，螯合反應(yīng)，相轉(zhuǎn)變反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)等，這磊物質(zhì)有部分皂化的聚丙烯酰胺，聚乙烯醇和聚丙烯酸混合物薄膜等。該材料用于蛋白質(zhì)或酶的分離膜，何等特殊領(lǐng)域。形狀記憶原理：形狀記憶性是指某種材料在成型加工過(guò)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(lái)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），使其迅速恢復(fù)到初始形狀。也就是說(shuō)，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

5、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(lái)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(wàn)次。高分子材料的形狀記憶性，是通過(guò)它所具有的多重結(jié)構(gòu)的相態(tài)變化來(lái)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

6、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。形狀記憶高分子材料種類及其應(yīng)用：1交聯(lián)聚烯烴：聚烯烴類聚合物多為結(jié)晶性的高分子材料，利用物理如輻射交聯(lián)或化學(xué)方法交聯(lián)后，聚合物被加熱到其熔點(diǎn)以上時(shí)不再熔融，而是呈高彈態(tài)，因此，可以施加外力使其變形，在其變形狀態(tài)下冷卻后，結(jié)晶付出，凍結(jié)應(yīng)力。當(dāng)再加熱到熔點(diǎn)以上時(shí)，結(jié)晶熔化，應(yīng)力釋放，材料恢復(fù)到原來(lái)的賦型狀態(tài)，完成一個(gè)記憶循環(huán)。常見的制備形狀記憶材料的聚烯烴類聚合物有聚乙烯。乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA），聚氯乙烯，聚偏氯乙烯，聚四氟乙烯等

7、。他們的響應(yīng)溫度依聚合物種類的不同有很大差異，從80攝氏度的到180度不等，因而具有不同的用途。例如含氟聚合物類形狀記憶材料的響應(yīng)溫度高，可以應(yīng)用在需要耐高溫，耐腐蝕的場(chǎng)合。EVA的收縮溫度低，可以應(yīng)用在電子儀表等領(lǐng)域。目前生產(chǎn)量最大的是交聯(lián)聚乙烯類形狀記憶聚合物，它已被廣泛應(yīng)用于電線電纜，化工管道的連接與保護(hù)，在儀表保護(hù)，家用電器等領(lǐng)域也有應(yīng)用。2聚氨酯：由芳香族的二異氰酸酯與具有一定分子量的端羥基聚醚或聚酯反應(yīng)生成氨基甲酸酯的預(yù)聚體，在用多元醇如丁二醇等擴(kuò)鏈后可生成具有嵌段結(jié)構(gòu)的聚氨酯。這種嵌段聚氨酯分子的軟段部分和硬段部

8、分的聚集狀態(tài)，熱行為等是不一樣的。其中由線性聚酯或聚醚構(gòu)成的軟段部分的玻璃化溫度較低，并具有一定的結(jié)晶度，且熔點(diǎn)不高，而作為硬段的氨基甲酸酯鏈段聚集體由于其分子間存在著氫鍵，因而具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。由于聚氨酯分子結(jié)構(gòu)的這種異同性，導(dǎo)致分子間的相分離。這種兩相結(jié)構(gòu)賦予聚氨