智能高分子材料讲解

具有较好的耐湿气性和滑动性。
苯乙烯—丁二烯共聚物
商品名：阿斯玛。
固定相：高熔点(120℃)的聚苯乙烯(PS)结晶部分; 可逆相：低熔点(60℃)的聚丁二烯(PB)结晶部分；
加工成形容易，形状恢复速度快，常温时形状的 自然回复极小； 有良好的耐酸碱性和着色性，易溶于甲苯等溶剂， 便于涂布和流延加工，且粘度可调； 形变量可高达400％，重复形变可达200次以上； 缺点：恢复精度不够高。
操作简单、取下方便、质轻、强度高、易做成复杂形状。
(iii)缓冲材料 用于汽车的外壳、缓冲器、保险杠、安全帽等 领域，当汽车突然受到冲撞时，保护装置会发生变 形，变形以后，只需加热就可恢复原状。 (iv)包装材料 将SMP制成筒状的包装薄膜，套到需包装的产 品外面，经过一个加热工序，SMP便可牢固的收缩 包装在产品外面，可方便地实现连续自动化包装生 产。 如：电池、药品、书籍、高档服装等的封装。
8.5.1形状记忆聚合物(SMP) 引发形状记忆效应的外部环境因素：
物理因素：热能、光能、电能和声能等；
化学因素：酸碱度、螯合反应和相转变反应等。
螯合反应：螯合反应就是多齿的配 位或者说络合反应。螯合剂是多齿 的配位剂。多齿的意思就是一个配 位剂可以与中心离子形成两个及以 上的配位键。常见的螯原子主要是 N,O和S。具体的例子附在图片里面 了。例子是一个NN型螯合物
高分子结构特点
高分子聚合物由相对分子质量小的化合物 分子相互结合成相对分子质量大的高分子 化合物的反应（聚合反应） 交联 缠结
高分子结构特点
晶态和玻璃态
高分子结构特点
记忆响应机理分类
热致SMP：研究最多，达到应用 电致SMP 光致SMP 化学感应SMP 热致形状记忆高分子种类
聚烯烃类： 耐高温 耐腐蚀场合 聚酯类：耐热 耐化学药品-医用 聚氨酯类：建筑 医学
8.5 形状记忆聚合物(SMP)
Shape Memory Polymer
形状记忆聚合物(SMP)
具有初始形状的聚合物制品经形变固定后， 通过加热等外部刺激手段的处理又可恢复初始形 状的聚合物。 优点：形变量大、形变加工方便、形状恢复温度易 于调整、电绝缘性和保温效果好、不生锈、 易着色、可印刷、质轻、耐用、价格低廉。 缺点：强度低、形变恢复驱动力小、刚性和硬度低、 稳定性差、性能易受外部环境的物理、化学 因素的影响，易燃烧、耐热性差、易老化、 使用寿命短。
8.5.2 热致SMP
在室温以上一定温度变形并能在室温固定形变且 长期存放，当再升温至某一特定响应温度时，能很快 回复初始形状的聚合物。
两相结构：固定相＋可逆相
固定相：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，用以保持成型制品形状 即记忆起始态。 可逆相：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 构发生软化、硬化可逆变化——保证成型制品 可以改变形状。
逆相软化而固定相保持固化，可逆相分子链运动复活， 在固定相的恢复应力作用下解除取向，并逐步达到热力 学平衡状态，即宏观上化的温度以下，材料保待A 形状。 ——SMP没有双程记忆效应
热致形状记忆反应过程简图
8.5.3光致SMP
一定方式引入光致变色基团，光照时候， 基团发生异构反应传递给侧链，引发宏观 变形，光照取消后，可逆反应
反式聚异戊二烯(TPI)
聚氨酯 聚酰胺 聚氟代烯烃等。
（3）形状记忆聚合物的应用 医疗、包装、建筑、玩具、汽车、报警器材等领域。
(i)异型管接合材料
用于：仪器内部线路集合、线路终端的绝缘保护、 通讯电缆的接头防水、钢管线路结合处的 防护等工程。
(ii)医疗器材
代替传统石膏绷带用于创伤部位的固定材料。 将 SMP 加工成创伤部位的形状，用热水或 热风使其软化，施加外力为易装配的形状， 冷却后装配到创伤部位，再加热便恢复原 状起固定作用。
加热
形状记忆 过程
(1) 热成形加工： 将粉末状或颗粒状树脂加热融化使固定相 和软化相都处于软化状态，将其注入模具中成型、冷却，固 定相硬化，可逆相结晶，得到希望的形状 A ，即起始态。 （一次成型）
加热
可逆相分子链的微观布朗运动加剧，发生软化，而固定相 仍处于固化状态，其分子链被束缚，材料由玻璃态转为橡 胶态，整体呈现出有限的流动性。施加外力使可逆相的分 子链被拉长，材料变形为B形状。
(2)变形：将材料加热至适当温度(如玻璃化转变温度Tg)，
加热
(3) 冻结变形： 在外力保持下冷却，可逆相结晶硬化，
卸除外力后材料仍保持B形状，得到稳定的新形状即变形 态。(二次成型)此时的形状由可逆相维持，其分子链沿外 力方向取向、冻结，固定相处于高应力形变状态。
加热
(4)形状恢复：将变形态加热到形状回复温度如Tg，可
SMA和SAP比较
（2）SMP的种类
聚降冰片烯（polynorbornene） 商品名：NORSOREX(诺索勒克斯) 平均分子量：300万以上，比普通塑料高100倍； Tg：35℃，接近人体温度。室温下为硬质，固化后 环境温度超过40℃时，可在很短时间恢复原来的形 状，且温度越高恢复越快，适于制作人用织物。 属于热塑性树脂，可通过压延、挤出、注射、真空 成型等工艺加工成型； 强度高，具有减震功能；
8.5.3光致SMP
8.5.3光致SMP
热致SMP与SMA的形状记忆效果比较： (1)SMA 的形变量低，一般在 l0 ％以下，而 SMP 较高， 形状记忆聚氨酯和TPI均高于400％。 (2)SMP 的形状恢复温度可通过化学方法调整；如形 状记忆聚氨酯的恢复温度范围为 30 － 70℃ ，具体 品种的SMA的形状恢复温度一般是固定的。
(3)SMP 的 形 状 恢 复 应 力 一 般 均 比 较 低 ， 在 9.81 － 29.4MPa之间，SMA则高于1471MPa。 (4)SMA的重复形变次数可达104数量级，而SMP仅稍 高于5000次，故SMP的耐疲劳性不理想。
(5) 目前 SMP 仅有单向记忆功能，而 SMA 己发现了双 向记忆和全程记忆功能。