形状记忆高分子 ppt课件
形状记忆高分子材料

4.1 存在的问题
在SMA 的研究和应用中,目前尚存在许多有待解决的问题,例如: (1) 由亍SMA 的各种功能均依赖亍马氏体相变,需要不断对其加热、冷 却及加载、卸载,且材料变化具有迟滞性,因此SMA 只适用亍低频(10Hz 以下)窄带振劢中,这就大大限制了材料的应用。 (2) SMA 自身存在损伤和裂纹等缺陷,如何兊服这些缺陷,改善材料性能 是当前迫切需要解决的问题。 (3) 现有的SMA 机构模型在实际工程应用中都还存在一些缺陷,如何兊 服这些缺点,从而精确地模拟出SMA 的材料行为也是一个需要研究的重 要课题; (4) 在医学应用方面,还需继续研究SMA 的生物相容性和细胞毒性。 (5) SMA 作为一种新型功能材料,其加工和制备工艺较难控制,目前还没 有形成一条SMA 自劢生产线,此外材料成本也相当昂贵。 (6) 为了提高应用水平,SMA 元器件还需要迚一步微型化,提高反应速度 和控制精度,在这方面仍有许多工作要做。
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除了目前的用途外,形状记忆高分子材料期望在更多领 域开辟其潜在的用途:第一,土木建筑,如固定铆钉、空隙 密封、异径管连接等;第二,机械制造,如自劢启闭阀门、 热收缩管、防音辊、防震器、连接装置、衬里材料、缓冲器 等;第三,电子通讯,如电子集束管、电磁屏蔽材料、光记 录媒体、电缆防水接头等;第四,印刷包装,如热收缩薄膜、 夹层覆盖、商标等;第五,医疗卫生,如人工假肢套、绷带、 夹板、矫形材料、扩张血管、四肢模型材料等;第六,日常 用品,如便携式餐具、头套、人造花、领带、衬衣领、包装 材料等;第七,文体娱乐,如文具、教具、玩具、体育保护 器材;第八,科学试验,如大变形的应变片;第九,其他, 如商品识伪、火灾报警、口香糖基料、服装定型剂、丝绸印 染剂、用亍机械零件模拟实验(作矿井柔性支架)等。相信 未来形状记忆高分子材料会更好地为我们服务。
形状记忆高分子 智能高分子61页PPT

形状记忆高分子Βιβλιοθήκη 智能高分子11、战争满足了,或曾经满足过人的 好斗的 本能, 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ,破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果, 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养,只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致,是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事,无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实,会谈使人敏捷,写作使人精确。——培根
形状记忆高分子

(2)电致SMP 是一种热致形状记忆功能分子材料与具有导 电性能物质(如导电炭黑,金属粉末及导电高 分子等)混合的复合材料。该复合材料通过产 生的电流使体系温度升高,致使形状回复,所 以既具有导电性能,又具有良好的形状记忆功 能。 (3)光致SMP 是将某些特定的光致变色基团(PCG)引入 高分子的主链和侧链中,当受到紫外光照射时,
2 形状记忆过程
L
T>Tg或T>Tm 变形
L+L’
T<Tg或T<Tm 固定
L+L’
T>Tg或T>Tm
L
恢复
L:样品原长
L’:变形量
3 产生记忆效应的内在原因
需要从结构上进行分析。由于柔性高分子材料的长 链结构,分子链的长度与直径相差十分悬殊,柔软而 易于互相缠结,而且每个分子链的长短不一,要形成 规整的完全晶体结构师很困难的。
二 高分子的形状记忆特性及基本原理 1 形状记忆聚合物的相结构
形状记忆聚合物都有两相结构
记忆起始形状的固定相 交联结构 部分结晶结构 玻璃态 超高分子链的缠绕等 产生结晶与结晶可逆变化的部分 随温度变化能可逆地固化和软化的可逆相 结晶相 发生玻璃态和橡胶态可逆转变的 相结构
SMP可以是组分单一的聚合物,也可以是 软化温度不同,但相容性良好的两种组分的共 聚物或混合物
一般制作容器衬里的操作比较困难。若选用形 状记忆高分子材料,则只需先将它加工成衬里 形状,然后加热变形为便于组装的形状,冷却 固化后塞入容器内,在加热便可以恢复成衬里 形状,牢固地嵌在容器内。 还有做包装材料,建筑用紧固销钉,医用 器材,纺织面料等等。
四 展望
形状记忆高分子的发展趋性 近年来SMP受到了人们的广泛的关注,并在形状记 忆聚合物的品种开发,应用等方面都取得了很大的进 展。但在开发应用上仍存在着不足: (1)同通用塑料相比,它的价格较高; (2)尚不能满足对形状回复温度的不同要求,且形状回 复精度低; (3)力学强度和化学耐久性,耐油性,耐热性,耐药品 性等性能不够理想; (4)只能在加热时从某种形状回复原始态,在冷却时且 不能恢复到加热前的状态,即其记忆功能是单向的, 没有双向记忆性和全方位记忆性能; (5形状记忆树脂的加工性不原树脂差)形状记忆树脂的 加工性不原树脂差
形状记忆原理及应用PPT课件(2024版)

形状记忆合金(shape memory alloy)作为一种新型功能材料已经被广泛使用。该合金可以认为是始于1963年美国海军武器试验室(Naval Ordianace Laboratory)W.J.Buehler博士的研究小组对TiNi合金的研究。他们发现TiNi合金构件因为温度不同,敲击时发出的声音明显不同,这说明该合金的声阻尼性能和温度相关。进一步研究发现,等原子比TiNi合金具有良好的形状记忆效应。后来TiNi合金作为商品进入市场,给等原子比的TiNi合金商品取名为NiTinol,后面的三个字母就是该研究室的3个英文单词的第一个字母。目前形状记忆合金已广泛应用于航空、航天、能源、汽车工业、电子、医疗、机械、建筑、服装、玩具等各个领域。 形状记忆材料主要包括形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆聚合物,其记忆机制各不相同。本章将对与热弹性马氏体相变有关的形状记忆效应做基础性介绍。
需要解决的技术难点:
需要综合考虑应用的可靠性 冷加工的能力 宽的相变滞后(实现室温加工与储存)
宽滞后铜基记忆管接头的制备工艺路线:
合金成分设计 →熔炼、铸锭→均匀化退火 →车削表面→热挤毛坯管 →中间热处理冷拉 →车 削→记忆热处理 →记忆连接件室温 扩 径(扩径量为7.5%)→配接工艺→性能 测试。
冷却时,在无应力条件下马氏体在母相转变为马氏体的开始温度Ms时开始形成。若施加应力,马氏体可以在Ms以上温度形成,这种马氏体称为应力诱发马氏体(Stress-Induced Martensite,简称SIM)。它的相变驱动力不是热能而是机械能。
形状记忆合金记忆效应机理
大部分合金记忆材料是通过马氏体相变而呈现形状记忆效应。马氏体相变具有可逆性,将马氏体向高温相(奥氏体)的转变称为逆转变。形状记忆是热弹性马氏体相变产生的低温相在加热时向高温相进行可逆转变的结果。
形状记忆高分子材料

形状记忆高分子材料引言形状记忆高分子材料(SMP)作为一类智能材料,因其可以在适当的刺激条件(如温度、光、电磁或溶剂等)下,响应环境变化,而相应发生形状转变的能力,为解决科学技术难题带来了一种新的方法。
1950年,第一次报道了具有形状记忆效应的交联聚乙稀聚合物,并在文中描述了具体的表征方法。
这类形状记忆高分子材料与其它形状记忆材料如形状记忆合金和陶瓷相比,具有变形量大、赋形容易、响应温度易于调整,质量轻、价格低、以及易加工成型等优点。
而且易于设计成具有良好的生物相容性、可生物降解性的生物材料,比如手术缝合线、支架、心脏瓣膜、组织工程、药物释放、矫形术及光学治疗等。
1.形状记忆高分子材料的分类SMPs根据刺激响应的不同可分为热致型,电磁致型,光致型,化学型以及水致型,其中热致型是研究最广也是研究最成熟的一种高分子材料。
热致型SMPs 由固定相和可逆相两部分组成,其中固定相通常是由化学交联或物理交联点构成,其可以决定初始形变;可逆相通常由结晶结构构成,可随温度变化而进行可逆的软硬化转变。
1.1 热致型SMP热致型SMP是指材料在初始条件下开始受热,当加热温度达到相转变温度时,同时给材料施加外应力,然后再外力不变的情况下,将温度迅速下降至室温,材料会保持暂时形状,即使在撤去外应力后材料依旧可保持这种状态,直到再次在无应力条件下加热,温度再次达到相转变温度时,材料才会自发地恢复到初始形状。
以聚氨酯为例其可以通过改变嵌段共聚物的成分和比例,来改变聚氨酯材料物理化学性质、生物相容性、组织相容性,以及可生物降解性质。
形状记忆聚氨酯由软段和硬段组成,其中硬段主要由二异氰酸酯和扩链剂组成,因此刚度比较大,抑制了材料变形过程中大分子链的塑性滑移;软段主要由聚酯多元醇或聚醚多元醇等线性分子组成,因此能够进行较大的形变.一般情况下,在温度增加到软段的转变温度之上时形状记忆聚氨酯材料处于高弹态,而且软段微观布朗运动的加剧,致使材料容易变形,此时因为硬段还处于玻璃态,所以阻止了分子链滑移的同时产生了一个内部的回弹力;当温度从冷却的温度增加到软段的转变温度以上时,硬段储存的应力释放,进而导致了材料能够回复到初始形变。
第三节 形状记忆陶瓷 第四节 形状记忆高分子复习过程

热成型加工
A形状
变形
B形状
冷却
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• 由上述过程可知:SMP在形状记忆过程中的结构变化与SMA不同;SMP没有 双程记忆效应.
二.形状记忆高分子的主要品种及其特性
(一)聚降冰片烯 • 该聚合物的相对分子质量:300万以上,属热塑性树脂. • 制备:压延、挤出、注射、真空成型等加工成型,但因相对分子质量太高,
(3) 冻结变形:在外力作用下, 保持B形状的同时进行冷却,可逆相结晶硬化,
卸载后仍保持分子链被拉长的B形状.如图4-23(6)所示.
(4) 形状恢复:再加热到可逆相结晶熔化温度,由于固定相的作用,可逆相的
分子链回复到变形前的形状(4) .冷却到可逆相结晶硬化的温度以下,材料回
复到原形A形状(3) .如图4-23(7)、(8)所示.
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下图:热塑性SMP的形状记忆原理.过程如下:
(1) 热成型加工:将颗粒状树脂加热融化,使固定相和软化相都处于软化状态,
然后成型并冷却,固定相硬化,可逆相结晶. 如图4-23(1)、(2)、(3)所示.
(2) 变形:加热至可逆相结晶熔化、固定相仍保持硬化的温度,施加外力使可
逆相的分子链被拉长,材料变为B形状. 如图4-23(4)、(5)所示.
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加工较困难. • 可逆相软化温度>室温,室温下为硬质,材料强度较高,具有减振功能. (二)苯乙烯-丁二烯共聚物 • 固定相:聚苯乙烯;可逆相:聚丁二烯,熔融温度60℃ . • 记忆变形量高达400%,形状回复速度快,寿命>200次. • 容易加工成型 • 具有优异的耐酸碱性,着色性好等特点,应用范围广泛.
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形状记忆PPT

形状记忆效应 马氏体
高温奥氏体快速冷却形成的体心立方 体心 体心立方或体心 体心立方 四角(正方)相。 四角
马氏体相变
由高温奥氏体(面心立方相)转变为低温马氏 体(体心立方或体心四角相)的无扩散 无扩散性相变。 无扩散 主要特征是: 主要特征 替换原子无扩散(成分不改变,近邻原子关系 替换原子无扩散 不改变) 切变(母相和马氏体之间呈位向关系) 切变 形状改变(抛光面呈现浮突) 形状改变
防止树脂 流动并记 忆起始态 的固定相
形状记忆聚合物
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固定相
聚合物交联结构或部分结晶结构, 聚合物交联结构或部分结晶结构,在工作温度 范围内保持稳定, 范围内保持稳定,用以保持成型制品形状即记忆 起始态。 起始态。
可逆相
能够随温度变化在结晶与结晶熔融态( 能够随温度变化在结晶与结晶熔融态(Tm) 或玻璃态与橡胶态间可逆转变(Tg),相应结构 或玻璃态与橡胶态间可逆转变( ),相应结构 发生软化、硬化可逆变化—保证成型制品可以改 发生软化、硬化可逆变化 保证成型制品可以改 变形状。 变形状。
形状记忆聚合物
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电致感应型SMP 电致感应型SMP
它是热致型 热致型形状记忆高分子材料与具有导电 热致型 导电 性能物质(如导电炭黑、金属粉末及导电高分子 性能 等)的复合材料 复合材料。 复合材料 其记忆机理与热致感应型形状记忆高分子相 同, 该复合材料通过电流产生的热量使体系温度 升高, 致使形状回复, 所以既具有导电性能,又 具有良好的形状记忆功能。
形状记忆陶瓷
陶瓷材料具有优良的物理性质,但不能在室温下 进行塑性加工,性质硬脆,因而限制了它的许多 应用。 在陶瓷中已经发现两种机制产生的形状记忆效应 1)粘弹性机制导致的形状回复 粘弹性机制导致的形状回复; 粘弹性机制导致的形状回复 2)和金属合金中相类似的马氏体相变及逆相变 和金属合金中相类似的马氏体相变及逆相变 有关的形状记忆;其中,马氏体可以是热诱发的 有关的形状记忆 ,应力诱发的,或外电场(磁场)诱发的。
形状记忆材料ppt课件

第十八章 机敏材料和智能材料
第十八章 机敏材料和智能材料
二、形状记忆合金 (三)形状记忆合金的应用 (3)汽车工业 (4)兵器工业 (5)航空航天工业
第十八章 机敏材料和智能材料
二、形状记忆合金 (三)形状记忆合金的应 用 (6)医疗器械
用于矫正牙齿拱 形金属丝、血凝块 过滤器、脊椎矫正 棒、人工股关节、 接骨板、人工肾微 型泵、人工心脏收 缩活门,手术固定 器和避孕器具等。
第十八章 机敏材料和智能材料
一、形状记忆材料的概念
第十八章 机敏材料和智能材料
一、形状记忆材料的概念 形状记忆材料 (shape memory materials,简称 SMM)是指具有一定初始形状的材料经形变并固定成另一 种形状后,通过热、光、电等物理剌激或化学剌激的处 理又可恢复成初始形状的材料。 包括: 形状记忆合金 高聚物 陶瓷
特性 晶粒度/μm 转变温度/℃ Tas-Taf/℃ 回复应力/MPa 单向形状记忆 双向形状记忆 107次之后
NiTi 1-10 -50-100 30 400 8% 6.0% 0.5%
CuZnAl 50-100 -200-170 10-20
200 5% 1.0% 0.5%
CuAlNi 25-60 -200-170 20-30
发生拟弹性形变时,诱发了马氏体相变,去除外力 后,又发生马氏体逆相变,恢复原状。(为什么)
第十八章 机敏材料和智能材料
二、形状记忆合金 (三)形状记忆合金的应用 (1)机械工业
SMA弹簧逆相变 伸长? 缩短?
SMA弹簧元件温度-位移特性测量装置原理图
SMA弹簧元件在一定负载下的温度-位移曲线
(3)去掉外力后塑性变形保留而形状 L +ε 不变。
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未来的形状记忆高分子材料会是怎样的?会应用在哪里?
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2020/12/0万以上的聚 降冰片烯。
日本柯乐丽公 司合成出了具 有形状记忆功 能的聚异戊二
烯
日本杰昂公司 开发出了以聚 酯为主要成分 的聚酯-合金类 形状记忆高分
子材料。
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8
02
形状记忆高分子材料的分类
2020/12/12
9
形状记忆高分子材料的分类
01 热致感应型SMP
形状记忆高分子材料
Shape Merrory Polymers
2020/12/12
1
常见的形状记忆高分子材料
2020/12/12
2
精品资料
• 你怎么称呼老师?
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点,你 是否会认为老师的教学方法需要改进?
• 你所经历的课堂,是讲座式还是讨论式? • 教师的教鞭
02 光致感应型SMP
03 电致感应型SMP
2020/12/12
04 化学感应型SMP
10
03
形状记忆高分子材料的原理
2020/12/12
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形状记忆高分子材料的相组成
形状记忆高分子材料
2020/12/12
固定相
可逆相
12
形状记忆高分子材料的记忆过程
L L+L' L
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外界因素
加热、光照等
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04
形状记忆高分子材料的应用
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医疗器材
此•类利材用料聚在氨体酯温塑的料作的用生下物能回 复形降状解,达性到能治,疗通目过的内。窥这镜种治 疗时本降所身方解可制套血定在需法而位将 管 液成人的消, 由 、 的植的不体外失形 血 过入器仅中切,不状 管 滤人件可可口需体记的网,以如以,要忆内等。而减断逐为聚扩精且小骨步取合管确由放的地出物、地于置外通器器器过件件件 而进行第二次手术,大大降低 了危险性。
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容器的衬里
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建筑用紧固销钉
• 先将形状记忆材料加工 成使用时形状。然后加 热,使其变形,变为易 于装配的形状,完成装 配后,待温度冷却,即 可恢复至使用是需要的 形状了。
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形状记忆高分子材料的前景
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形状记忆高分子材料的优缺点
形变量高
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02
形状恢复精 度低
可通过化学方 法恢复形变
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力学强度和耐 久性差
质轻 05 06 记忆功能单向
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未来形状记忆高分子材料的研究方向
1.在保持形状记忆功能的前提下,运用分子设计技术和材料的改性技术, 进一步改进材料的综合性能。 2.将成本较高的形状记忆树脂和普通的廉价树脂结合,或将通用的工程 树脂开发为形状记忆材料,从而降低成本。 3.将现有的单向形状记忆功能开发为双向甚至多向形状记忆功能。
• “不怕太阳晒,也不怕那风雨狂,只怕先生骂我 笨,没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照,花儿对我笑,小鸟说早早早……”
目录
CONTENTS
1 形状记忆高分子材料的概述 2 形状记忆高分子材料的分类 3 形状记忆高分子材料的原理 4 形状记忆高分子材料的应用 5 形状记忆高分子材料的前景
2020/12/12
5
01
形状记忆高分子材料的概述
2020/12/12
6
一定的条件
光照 加热 通电等
2020/12/12
7
形状记忆高分子材料的发展历程
1950s
1970s
1984
1988
1989
美国科学家 A.Charlseby在 实验中偶然发 现了化学交联 的聚乙烯的形 状记忆现象!
NASA发现该 技术在航天航 空领域有很好 的发展前景。 重启了形状记 忆高分子材料 的研究计划。
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热收缩套管
• 这是最早开发且已用最 广泛的形状记忆高分子 材料。
• 主要用于绝缘、防腐、 密封。
2020/12/12
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包装材料
• 类似于热收缩管的热收 缩薄膜。
• 使用时先用薄膜包装好 产品,然后经过一个加 热的工序。形状记忆高 分子便牢固的收缩在产 品表面。
2020/12/12