智能热敏形状记忆聚合物及其应用_胡金莲

第26卷第6期2005年12月纺　织　学　报Journal of Textile Research Vol .26,No .6Dec .,2005

·综合述评·

智能热敏形状记忆聚合物及其应用

胡金莲,范浩军

(香港理工大学纺织及制衣学系,香港)

摘　要　智能热敏聚合物是一种能够对外界温度的变化发生预定响应,从而使聚合物特定的宏观性能随之发生相应变化的高分子材料,形状记忆聚合物为智能热敏聚合物的一种。聚氨酯、聚降冰片烯、反式1,4-聚异戊二烯等均具有形状记忆特性。与形状记忆金属合金相比,形状记忆高分子材料具有质量轻、成本低、形状记忆温度易于调节、易于着色、形变量大、赋形容易,且易于在预定温度下被激发等特点,特别是形状记忆聚氨酯,具有结构-性能易于控制,形状记忆温度选择范围宽(-30～70℃)等优点,因而在生物医学、纺织服饰、玩具、包装、国防军工等诸多领域显示了广阔的应用前景。在纺织领域,具有形状记忆的领带、腹带、服装衬里、胸罩、绷带、运动服、军用作战服、登山服、帐篷等以其抗皱、免烫、防水、透湿、保温、定型等多种功能可通过体温或温度自动调节等智能特性,深受消费者青睐。本文对智能热敏高分子材料的研究和发展进行了回顾,重点介绍了该类材料的结构特征,形状记忆机理及其在纺织、生物医用材料、国防军工等领域的应用前景,并对该类材料的发展前景进行了展望。关键词　热敏智能聚合物;形状记忆;结构;机理;应用

中图分类号:TQ 342.19 文献标识码:A 文章编号:0253-9721(2005)06-0122-08

Thermal -sensitive intelligent polymers and their application

HU Jin -lian ,FAN Hao -jun

(Institute of Textiles and Clothing ,The Ho ng Kong Polytechnic University ,Hong Kong ,China )

A bstract Shape memory polymers (SMPs )here refer to themal -sensititve polymers with the ability to sense and respond to extemal stimuli in a predetermined shape .Some pol ymers such as polyurethane ,co -pol ymer of Styrene and Butadiene ,1,4-polyisoprene ,

crosslinked PE ,etc .were found to have shape memory recovery ability .As compared with shape memory alloy ,thermal -sensitive s hape memeory pol ymers have low density ,low cost ,high shape recovery ,are easy to dye ,to shape and to be stimulated under expected switch temperature .Especially with polyurethane ,the structure -property relationships are extremely diverse and controllable and the shape recovery temperature can be set in a wide range from -30℃to 70℃.So they have found a wide spectrum of applications in such fields as biomedical ,textile and garment ,toy ,packaging and military industries .S mart textiles are highl y appreciated by customers for the multifunctions such as wrinkle -free ,eas y -care ,water -proof ,moisture vapor permeable (breathable ),warmth retention ,shape memeory ,and automatic control to keep the wearer cooler or wamer .These products include outdoor garments ,sportswear ,sleeping bags ,tent ,bandage ,brassiere ,bellyband and military combat wear .A review is made of the thermal -sensitive intelligent polymers with focuses on the structural features ,shape memory mechanism ,along with their potential applications in textile ,biomedical ,and national defense industries .Key words thermal -sensitive intelligent polymers ;shape memory ;structure ;mechanis m ;application

基金项目:香港政府创新科技署资助项目

作者简介:胡金莲,女,教授,博士。主要从事形状记忆聚合物的研究。

智能热敏聚合物是一种能够对外界温度的变化发生预定响应的高分子材料,也就是说,外界温度的变化促使聚合物的微观结构发生预定的响应,从而使聚合物特定的宏观性能随之发生相应的变化。热敏形状记忆聚合物属于智能材料的一种,该类聚合物制品经过形变并固定后,在特定的外界条件———热刺激下能自动回复到初始形状。聚降冰片

烯、反式1,4-聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、交联聚乙烯、聚氨酯(PU )以及含氟高聚物、聚己内酯、

聚酰胺等高聚物均具有形状记忆功能。其中形状记忆聚氨酯具有生产原料广,配方可调性大,形状记忆温度范围宽等优点,适应于挤压、注射成型、涂层、铸造等成型工艺,能满足多种应用需要,其良好的透湿性、热膨胀性、抗震性及光学折射性能与温度密切相

关,使其在许多领域,特别是纺织领域得到了广泛的开发和应用。其智能热敏性表现在:当外界温度发生变化时,其透气、透湿性能,抗皱性能,折线保持

性等也发生相应的变化,尤如人体皮肤一样,能随着外界温湿度的改变而调节。特别是,通过分子设计,可以将赋形,固形以及透气、透湿性能发生变化的温度控制在不同范围内,更加拓展了智能热敏聚氨酯在纺织、医疗、环境保护等领域的应用。本文对智能热敏高分子材料的研究和发展进行了回顾,重点介绍该类材料的结构特征,形状记忆机理及其在纺织(形状记忆纤维、织物)、生物医用材料(牙科、骨科固形材料)、国防军工(防水透湿的军用作战服、帐篷)等领域的应用前景,并对该类材料的发展前景进行了展望。

1　热敏形状记忆高分子的机理分析

热敏形状记忆高分子的形状记忆可简单描述为如图1所示的过程。

图1　形状记忆高分子的形状记忆过程

文献[1,2]认为,这类高分子一般可看作二相结构,即由记忆起始形状的固定相和随温度变化可逆

地固定与软化的可逆相组成。可逆相为物理交联结构,如T m 较低的结晶态,T g 较低的玻璃态,而固定相可分为物理交联结构和化学交联结构,以物理交联结构(即T m 或T g 较高的一相在较低温时形成的分子缠绕)为固定相的形状记忆高分子材料称为热塑性形状记忆高分子,以化学交联结构为固定相的形状记忆高分子称为热固性形状记忆高分子。对于热固性形状记忆高分子材料的制备,首先将聚合物加温到T m 以上和交联剂共混,接着在模具里进行交联反应并确定一次形状,冷却结晶后即得到初始状态。再次加热到T m 以上施加外力使之变形,分子链在外力作用下发生取向,维持外力冷却到室温得到二次成型形状,即变形态,去掉外力后变形态在室温可长期存放,当再次加热到T m 以上时分子链在熵弹性作用下发生自然卷曲从而发生形状回复,记忆一次形状。而热塑性SMP 实质上是由T m 或T g 较高的相态一和T m 或T g 较低的相态二构

成,相态一在其转变温度以下分子组装成物理交联结构,从而也可发生熵弹性的回复记忆初始形状。文献[3,4]系统地研究了聚氨酯组成、结构对形状记

忆温度、回复力和形状记忆效果的影响,证实了可逆相完善的物理交联网络和固定相聚集成微区起物理或化学交联点的作用是PU 具有形状记忆的前提条件;提出了可逆相区域中高的结晶度或明显的相态转变和固定相形态的稳定性是PU 具有形状记忆行为的必要条件;得出了形状记忆温度的依赖性取决于可逆相晶区的熔点温度或玻璃化转变温度,而形变记忆的回复率及回复速率则主要决定于固定相的稳定性和固定相含量的重要结论。

2　热敏形状记忆高分子的数学模型

尽管有不少学者建立了多种模型从不同的角度来描述形状记忆聚合物的粘弹力学行为

[5]

,比较有

代表性的如Lin 和Chen 等人建立的粘壶模型[6]

,但

高聚物的形状记忆行为实质上是高分子的粘弹力学行为。高分子的形变实际上是普弹形变εR 1、高弹形变εR 2、粘性流动形变εIR 的叠加,其中粘性流动形变是不可逆的塑性形变

[7]

。处于高弹态时

εR 1 εR 2≈0,对于交联高分子由于交联抑制了分子的相对滑动,塑性形变很小,εIR εR 2

≈0,所以交联高分子总的形变为

εt =εR 1+εR 2+εIR ≈εR 2=ε∞[1-exp (-t τ)](1)当观察时间足够长时,即t 远大于τ(τ为松弛时间),则有:

εt ≈εR 2

≈ε∞

(2)

形状记忆高分子实际上是进行物理交联或化学交联的高分子,当T 大于T m 或T 大于T g 时处于高弹态,此时在外力作用下发生高弹形变,以E 0、E ru 分别表示室温及橡胶态模量,近似得

σ≈E ru ε∞

(3)

保持外力将制品冷却到室温,然后去除外力,制品

将产生一定的回缩形变ε′,由虎克定律得

ε′=σ E 0≈E ru ε∞ E 0=(E ru E 0)ε∞

(4)

则总形变中能固定的形变为

εfix =εt -ε′=ε∞-(E r u E 0)ε∞=(1-E ru E 0)ε∞

(5)

即

εf =εfix ε∞=1-E ru E 0

(6)

将εfix ε∞定义为形状固定率εf ,用其表征形变固定

1232005年　第6期纺织学报

【　】

的程度。另一方面,定义形状回复率(R f )为形状回复的程度,即

R f =(εfix -εIR ) εfix =1-εIR εfix

=1-εIR [(1-E r u E 0)ε∞]

(7)

R f 是评价形状记忆高分子的关键指标,一般而言,R f 应为95%。对于交联高分子而言,分子链在应力作用下相对滑移不容易,但是塑性形变不可能为零,只不过非常小,如果令ω=εIR εt ,则

R f =1-εIR ε∞1

1-(E ru E 0)

=1-ω

1-(E ru E 0)

(8)

形状回复速度V f 用来表征形状记忆速度的快慢,对于非晶型高聚物,V f 只与链段的松弛因子有关,可表示为

V r =d R f d t ≈1 τ=E η

(9)

对于结晶高聚物,V r 还与晶区的熔融行为等因素有关,随着晶区的熔融,分子链受到的限制逐渐减小,当晶区完全熔融后,分子链完全自由,从而在熵弹性作用下发生形状回复,假设晶片厚薄均匀,熔融速度足够快,则形变回复速度同样可用式(9)表示。

其中η是高弹形变中链段相对迁移时内摩擦力大小的量度,高分子链内或链间相互作用力越大,η就越大;E 代表的是高分子链抵抗外力作用,自发趋于卷曲状态的回缩力[8]

。

图2是形状记忆材料的热力学拉伸循环示意图

[9]

。

图2　形状记忆材料热力学拉伸循环示意图

首先,在T 1(T 1=T s +15℃)和一定外力下将材料拉伸至某一形变εm ,保持外力,维持形变,在温度T 2(T 2=T s -15℃)下固定形变,此时,材料的形变发生微小变化,由εm 减少至εμ(1);然后将样品加热至T 1,恒温一定时间后,样品回复至某一形变记为εp (1)。同样地,可进行下一个循环。将样品在温度T 1下再次拉伸至εm ,冷却至温度T 2撤去外力,固定至形变εμ(2),n 次循环记为εμ(N ),再

次加热至温度T 1,形变回复至另一值记为εp (2),n 次循环后记为εp (N )。

由上述热机械循环拉伸试验可以定量计算出用

来描述形状记忆材料的重要参数形变回复率R r 和形变固定率R f 。材料在进行第n 次循环时的R r 和R f 分别可用下式计算:

R r (N )=εm -εp (

N )εm -εp (N -1);

R f (N )=

εu (

N )εm

(10)

R r 反映材料能够记忆其原始形状的能力,而R f 则

表示材料能够固定某一瞬间形变的能力。

3　形状记忆聚合物的种类及结构特征

目前,得到应用的形状记忆高分子材料已有聚降冰片烯

[10]

、反式1,4-聚异戊二烯

[11]

、苯乙烯-丁二

烯共聚物[1]

、交联聚乙烯[12]

、聚氨酯等[10]

。此外,含

氟高聚物、聚内酯、聚酰胺等高聚物也具有形状记忆功能[11]

。典型形状记忆高聚物的结构特点和性能特点见表1。

与形状记忆合金相比,热敏形状记忆聚合物,特别是形状记忆聚氨酯,具有质量轻,成本低,形状记忆温度易于调节,易着色,形变量大,赋形容易,易于激发,因而得到了广泛的开发和应用

[1]

,因此本文将

重点讨论形状记忆聚氨酯的研究现状及其应用前景。

4　形状记忆聚氨酯的研究现状

形状记忆高分子材料是20世纪60年代Ni -Ti 形状记忆金属合金研究取得重大进展后逐渐发展起来的。如1984年法国CDF -Chimei 公司成功开发出了聚降冰片烯形状记忆聚合物[13,14]

;1988年日本研制出由醚或酯与二异氰酸酯连接的聚氨酯形状记忆材料;1994年Kusy 和Whitley 研究出了一系列以聚己内酯作软段,二异氰酸酯作硬段的嵌段聚氨酯,并

具有很大的应变回复和回复速率;1997年Roger 合成了聚氨酯,并用该聚氨酯与织物复合进行了研究;1998年LI Fengkui 和ZHU W ei 等人合成了含醋酸乙烯28%的乙烯-醋酸乙烯共聚物,该聚合物具有典型的形状记忆性能;1999年Nakayama 用聚丙烯酸酯与聚己内酰胺共混获形状记忆材料;同年Yoshitaka 用聚氨酯与氰基橡胶共混获得力学性能好的形状记忆材料[14]

。

在所研究出的形状记忆性高分子材料中,由于聚氨酯形状记忆材料具有温度记忆可选择范围

124【　】

纺织学报2005年　第6期

表1　典型形状记忆高聚物的结构特点和性能特点

形状记忆聚合物结构特点优点缺点

聚降冰片烯(法国CDF公司1984年开发)分子量高达300万;分子链的缠结交

联为固定相,以T g(35℃)为可逆相。

形变回复力大,形变速度快,形变回

复精确度高。

加工困难;形状回复温

度不能任意改变。

苯乙烯丁二烯共聚物(日本旭化成公司1988年开发)固定相为高熔点(120℃)的聚苯乙烯

结晶部分,可逆相为低熔点的聚丁

二烯结晶部分。

①不仅变形容易,变形量为原形状的

4倍,而且形状回复速度快,回复时间

短,且回复力随延伸变形量增加而上

升;②它的记忆回复温度为60℃,通

常条件下保存时,可忽略自然回复变

形,重复形变可达200次以上;③该

SMP还具有耐酸碱性优异,着色性能

好等特点。

反式1,4-聚异戊二烯(TPI)(1998年可乐丽公司开发)TPI熔点为67℃,结晶度为40%,用

硫磺和过氧化物交联得到的化学交

联结构为固定相,能进行熔化和结晶

可逆变化的部分为可逆相。

形变速度快,形变回复力大,回复精

确度高。

耐热性和耐气候性差。

交联聚乙烯[15,16]该树脂采用电子辐射交联或添加过

氧化物的交联方法,使大分子链间形

成交联网络作为一次成型的固定相,

而以结晶的形成和熔化作为可逆相。

①交联后的聚乙烯在耐热性、力学性

能和物理性能方面有明显改善。如

热收缩管可给予200%以上的膨胀

(延伸);②由于交联,分子间的键合

力增大,阻碍了结晶,从而提高了聚

乙烯的耐常温收缩性、耐应力龟裂性

和透明性。

形状记忆温度不能任意

改变;形状记忆特性受

交联程度的影响,而交

联程度与交联剂用量、

反应时间、反应温度等

密切相关。

乙烯醋酸乙烯共聚物[17]EVA是由非极性、结晶性的乙烯单体

和强极性、非结晶性的酯酸乙烯单体

VA聚合而成。

其形变回复温度即聚乙烯晶体的熔

点可通过共聚单体的含量加以调节

形状记忆特性与聚醋酸

乙烯的交联程度密切相

关。

聚氨酯(1988年日本三菱重工业公司开发)具有软、硬段交替排列的多嵌段结

构。以具有T

g

或T

m

高于室温的软

段连续相作为可逆相,部分结晶的

硬段作为物理交联点形成的物理交

联相为固定相。

①分子链为直链结构,具有热塑性,

加工容易;②其形变回复温度可在

-30～70℃范围内调整;③质轻价

廉,着色容易,形变量大(最高可达

400%),耐气候性和重复形变效果亦

较好。

宽,质量轻,耐气候性好,原料来源和加工容易,形变量大和重复形变效果好等优点,是发展较快的形状记忆高分子材料之一。首例形状记忆聚氨酯由日本Mitsubishi重工业公司研发[18～29]。该聚合物以软段(非结晶部分)作可逆相,硬段(结晶部分)作固定相,通过调节软段和硬段比例,得到不同温度下响应的聚氨酯形状记忆材料。现已制得玻璃化温度(T g)在25～55℃范围内的几种形状记忆性聚氨酯。Hayashi等人进行配方设计,并研究了聚氨酯类形状记忆高分子材料的有关性能。日本Mitsubishi重工业公司开发了室温模量与高弹模量比值可达到200,与通常的形状记忆高分子材料相比具有极高的湿热稳定性与减震性能的综合性能优异的形状记忆聚氨酯。Robert Langer和Andreas Lendlein等人开发了系列可生物降解的,适合作药物缓释和牙科、骨科矫形材料的形状记忆聚氨酯[30～37]。文献[40]用无定形的软段相和结晶的软段相作为可转变相制备了几种热敏形状记忆聚氨酯,详细探讨了结构组成对其形状记忆性能的影响,还制备出了具有优良湿气渗透性的形状记忆聚氨酯。中国科学院化学所李凤奎等人也对PCL TDI或MDI BDO形状记忆聚氨酯体系进行研究,提出了热塑性聚氨酯具有形状记忆功能的两个必要条件[41～44]。谭树松等人在聚氨酯体系中引入结晶性软段(聚己内酯),得到了具有热敏形状记忆效应的多嵌段聚氨酯。南京大学表面和界面化学工程技术研究中心已成功研制出形状记忆温度为37℃的体温形状记忆聚氨酯。台湾J.R.Lin 和L.W.Chen等人开发出聚醚型形状记忆聚氨酯,并首次建立了形状记忆聚合物的粘弹性模型[45～47]。香港理工大学胡金莲等人采用多种聚合方法获得不同性能和适宜于制备多种智能织物的形状记忆性聚氨酯[3,4,51～57]。

5　形状记忆聚氨酯的应用前景

形状记忆聚氨酯材料为热敏性智能材料,其智能特性和应用领域之间的关系见表2[58]。形状记忆聚氨酯可以制成乳液、膜材、板材、泡沫、管材等多种形式的材料,不同的材料及其用途见图3。

125

2005年　第6期纺织学报【　】

表2　形状记忆聚氨酯的性能及应用

性能应用

性能

应用

弹性模量

汽车发动机活塞;

医用导管。

形变固定残疾人用品如汤匙、刀叉、牙刷、剪刀等

的把柄,异径管接

头,玩具,人造头发,铆钉等。形变回复热收缩膜,医用固形

矫形材料;玩具;模

型材料。

力学损耗阻尼材料;隔音材

料;包装用泡沫;内

衣;鞋垫;人造血管;

化妆品基料。

应变能储存

性

建筑密封材料,填充材料。

透气性作战服;帐篷;运动服;皮革;卫生巾;湿度控制膜;人造皮肤;包装材料,尿布;医药缓释材料。体积膨胀温度传感器

光折射性能

透镜;温度传感器;光学纤维。

介电性能温度传感器。

形变回复力铆钉;织物抗皱材料。

抗血栓特性人造血管。图3　形状记忆聚合物材料及其应用

5.1　在纺织工业上的应用

热敏形状记忆聚合物经过形变并固定后,在设定的温度下能自动回复到初始形状。利用这一特性,热敏形状记忆材料在生物医学、纺织服饰、玩

具、包装、国防军工等领域显示了广阔的应用前景。在纺织领域,具有形状记忆的领带、腹带、服装衬里、胸罩、绷带、运动服、军用作战服、登山服、帐篷等以其抗皱、免烫、防水、透湿、保温、定型等多种功能,

通过体温或温度自动调节等智能特性,深受消费者青睐。

5.1.1　制备防水保暖透湿织物　日本三菱重工业公司在织物上层压一层形状记忆聚氨酯膜或涂覆聚氨酯涂层而制备的织物“Azekura ”不仅可以防水透气,而且其透湿性可以通过体温加以控制,达到调节体温的作用,用防水透湿材料开发的Diaplex 产品,防水性能达到1.96×105

～3.62×105

Pa ,其透气性达8000～12000g (m 2

·24h )。形状记忆材料都有一记忆触发温度(T s ),对于织物而言,这一温度可设定为人体穿着不适(舒服)温度。当环境温度低于T s 时,其聚合物大分子链段的运动处于冻结状态,分子链排列致密,阻止了热、气体等的传递,因此,低温下具有良好的保暖性;当环境温度高于T s 时,高分子链段解冻,其链间间隙(自由体积)明显增大,织物的透气、透湿性显著提高,因此,高温下具有良好的透湿性。即使在环境温度高于T s 时,其涂层的空隙直径仍小于2μm ,能阻止水滴(平均直径100μm )渗透,却允许水蒸气分子(平均直径为0.0004μm )通过。

上述防水、透气、透湿的化纤织物复合面料,都为溶剂基聚合物经层压或涂覆而成,在膜形成或涂覆过程中,释放出大量的溶剂,既造成了严重的环境污染,又增加了生产成本。尽管美国宝立泰公司宣称已研制出水溶性聚氨酯防水透湿性涂层剂,但未见有相关的专利报道

[59]。本课题组首次成功地开

发了水基形状记忆聚氨酯乳液及水基防水、透湿膜

材料,用于织物层压或整理,其织物具有防水、保暖、透湿等功能,赋予了织物穿着的舒适性和可以通过体温自动调节的智能特征

[60]

。这种织物是运动

服、登山服、军用作战服、帐篷等的理想材料。5.1.2　用于抗皱、免烫、定型多功能的织物整理　将形状记忆聚氨酯制备成乳液,并将其用于织物的整理或层压膜,这一技术是形状记忆材料从理论走向实践的一个突破。根据聚氨酯的形状记忆触发温度

将聚氨酯乳液设计为4种:1)形变回复温度T s 小于室温,如-5℃,固定相的T g 较高,如150℃;2)形变回复温度T s 大于室温,如40℃,固定相的T g 较高,如150℃;3)形变回复温度T s 大于室温,如40℃,固定相的T g 较低,如90℃;4)形变回复温度

126【　】

纺织学报2005年　第6期

T s小于室温,如-5～20℃,固定相的T g亦较低,如

室温。

将这4类聚合物用于织物的整理或制备层压织物,可赋予织物不同的形状记忆效果。

第一种,由于T s较低,常温下,聚合物处于T s ～T g之间,呈高弹态,故织物手感舒适,不会产生折痕和变形,即使水洗和长久储存也不会产生折痕和变形。这类织物适宜于制备常温平整度要求高,不易折皱和变形的服装如衬衣等。

第二种,由于T s较高,常温下,聚合物处于玻璃态,故织物手感偏硬,在水洗、储存和使用过程中会产生折痕和变形,但当温度升至T s以上时,其折痕和变形会自动消失,回复(记忆)原来形状。这类织物适宜于制备领口、袖口、衬里和垫肩。该类织物尽管常温下手感偏硬,但不会产生不适感,与人体接触后,随温度升高,手感会得到改善。

第三种,与第二种类似,但使用的温度范围比第二类窄,水洗或处理的温度不能太高(高于T g),否则,聚合物的结构会被破坏。

第四种,由于这类聚合物在室温下变成了粘流态,故用这类聚合物制备的织物在常温下不能记忆其形状,只能在温度相对寒冷的地区(即形变回复温度相对偏低的地区)使用。

第一、二种聚合物适于耐热性较高的织物的整理,而第三、四种聚合物适于耐热性偏低的织物的整理。因此,针对不同的整理对象,选择不同的聚合物乳液,调整好合适的记忆触发温度,可使织物具有抗皱、免烫、防水、透湿、保温、定型等多种功能。

5.1.3　形状记忆聚氨酯纤维　形状记忆聚氨酯可通过溶液湿法或熔融纺丝而制备出形状记忆纤维。除具备一般纤维的优良特性如弹性、强度、延伸性和力学性能外,还具有良好的形状记忆特性,既可单织也可和其它天然合成纤维混织制备多种具有形状记忆功能的纺织品,在医学固形材料、运动护套、织物、人造头发、医用组织缝合线等领域显示了广阔的应用前景。图4为形状记忆聚氨酯纤维在医学上的应用。

5.2　生物医学材料(矫形材料)

形状记忆聚氨酯赋形、固形、形状回复方便,其形状记忆触发温度易于调节,在牙科矫形材料、骨科矫形材料获得了广泛的应用。德国Orfit工业公司开发的形状记忆聚氨酯牙科、骨科矫形材料质轻、生物相容性好,透气,抗菌,赋形,固形,形状回复通过

温度控制,可多次使用,是石膏类固形材料的理想替代品(见图5)。

图4　医用形状记忆聚氨酯纤维

图5　形状记忆聚氨酯用于医用矫形材料

此外,形状记忆材料还可以用作血管封闭材料、止血钳、医用组织缝合器材等。

5.3　异径管接合材料

先将其加热软化成管状,并趁热向内插入直径比该管子内径大的棒状物以扩大口径,冷却后抽出棒状物,得到的制品为热收缩管。使用时,将直径不同的金属管插入热收缩管中,用热水或热吹风加热,套管即收缩紧固,见图6。此法广泛用于仪器内线路集合,线路终端的绝缘保护,通讯电缆的接头防水,以及钢管线路接合处的防护等工程。

图6　形状记忆聚合物用于异径管和铆钉的连接

5.4　形状记忆模型、便携式用品及残疾人用品

将体积大,不便携带的样品二次成形为易于携带的样品,使用前加热使其回复原状(见图7)。

127

2005年　第6期纺织学报【　】

图7　形状记忆聚合物模型(左)与可变形餐具(右)

6　展　望

为了进一步拓宽形状记忆聚合物在纺织业的应用领域,尚需在以下方面展开进一步研究:1)进一步提高形状记忆的精度,作为膜分离材料、透气透湿材料、生物医学材料,必须要求有较准确的形变回复温度;2)改善形状记忆聚合物的加工性能;3)通过共聚、共混、接枝来改进聚合物的热力学性能和形状记忆特性;4)开发光敏、磁敏、电敏或化学感应型织物或纤维,如在SMPU中加入导电、导磁材料,可制成导电、导磁SMPU,则可通过电或磁的方式诱发,使其发生形变,用在需导电、导磁的场合;5)开发多功能形状记忆纺织材料,如抗菌、抗静电、抗紫外、阻燃形状记忆纤维或织物、纳米改性形状记忆纤维或织物等。

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