形状记忆聚合物研究现状与发展_姜敏
国内外现状及发展趋势1
国内外现状及发展趋势自热致形状记忆高分子交联聚乙烯发现以来，形状记忆功能高分子材料得到了很大发展，并作为功能材料的一个分支受到广泛关注。
形状记忆功能高分子材料与其他功能材料相比，具有6大特点：（1）形变量大，使用方便；（2）原料充足，品种多，形状记忆回复温度范围宽；（3）质量轻，易包装和运输；（4）加工容易，易制成结构复杂的异型品，能耗低；（5）价格便宜，仅是金属形状记忆合金的1%；（6）耐腐蚀，电绝缘性和保温效果好。
形状记忆高分子材料（SMP）品种繁多，根据形状回复原理可分为4类：（1）热致形状记忆高分子材料：是在室温以上变形，并能在室温固定形变且可长期存放，当再升温至某一特定响应温度时，制件能很快回复初始形状的聚合物。
广泛用于医疗卫生、体育运动、建筑、包装、汽车及科学实验等领域，如医用器械、泡沫塑料、座垫、光信息记录介质及报警器等。
（2）电致形状记忆高分子材料：是热致形状记忆功能高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）的复合材料。
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，主要用于电子通讯及仪器仪表等领域，如电子集束管、电磁屏蔽材料等。
（3）光致形状记忆高分子材料：是将某些特定的光致变色基团（PCG）引入高分子主链和侧链中，当受到紫外光照射时，PCG发生光异构化反应，使分子链的状态发生显著变化，材料在宏观上表现为光致形变；光照停止时，PCG发生可逆的光异构化反应，分子链的状态回复，材料也回复原状。
该材料用作印刷材料、光记录材料、"光驱动分子阀"和药物缓释剂等。
（4）化学感应型形状记忆高分子材料：利用材料周围介质性质的变化来激发材料变形的形状回复。
交联聚乙烯XLPE在70年代得到发展。
低密度聚乙烯（LDPE）可通过2种方法使之交联：（1）加入交联剂如过氧化物或邻苯二甲酸二壬酯（DCP）；（2）使用高能电子束辐射LDPE。
形状记忆高分子材料研究进展(综述)
形状记忆的高分子材料的研究进展Research Progress of Shape Memory Polymer Material1 综述摘要：形状记忆高分子（SMP）是一类新型的功能高分子材料，是高分子材料研究、开发、应用的一个新的分支点，它同时兼具有塑料和橡胶的特性。
形状记忆高分子材料是一种可以响应外界刺激，并调整自身状态参数，从而回复到预先设定状态的一种智能高分子材料。
本文简单介绍了形状记忆高分子材料的性能、种类和应用。
关键词：形状记忆；高分子材料；聚合物；研究进展1形状记忆高分子材料简介.形状记忆的高分子材料是一种能够感知外部环境如光、热、、电、磁等，并且能够根据外部环境的变化而自发的对自身的参数进行调整还原到预先设定状态的一种智能高分子材料。
形状记忆高分子( Shape Memory Polymer，简称 SMP) 材料具有可恢复形变量大、质轻价廉、易成型加工、电绝缘效果好等优点，从20世纪80年代以来赢得广泛关注和研究，并得到了快速发展，因其独特的性能和特点，使其这些年来在材料领域中扮演着重要的角色。
近40年来，科研工作者们相继开发出了多种形状记忆高分子材料，如聚乙烯、聚异戊二烯、聚酯、共聚酯、聚酰胺、共聚酰胺、聚氨酯等，它们被广泛应用于航空航天、生物医用、智能纺织、信息载体、自我修复等多个材料领域。
显示出了形状记忆高分子材料广泛的应用前景的地位。
2.形状记忆高分子材料的分类及应用根据响应方式的不同可以将形状记忆高分子分材料大致分为热致型、光致型、化学感应型、电致型等类型。
其中，热致感应型和光致感应型应用最为广泛。
2.1热致感应型热致SMP是一种通过施加电场或红外光照射等刺激促使其在室温以上变形，并能在室温固定形变且可长期存放，当再次升温至某一固定温度时，材料能够恢复到初始形状。
热致型SMP被广泛用于医疗卫生、体育运动、建筑、包装、汽车及科学实验等领域，如医用器械、泡沫塑料、坐垫、光信息记录介质及报警器等。
形状记忆聚合物研究报告
形状记忆聚合物研究报告研究报告摘要：形状记忆聚合物是一类具有特殊性能的聚合物材料，其可以通过外界刺激改变形状，并在去除刺激后恢复原状。
本研究报告旨在综述形状记忆聚合物的研究进展，包括其原理、合成方法、应用领域以及未来发展方向。
通过对相关文献的整理和分析，我们发现形状记忆聚合物在医学、智能材料以及微纳技术等领域具有广泛的应用前景。
1. 引言形状记忆聚合物是一类具有形状记忆效应的聚合物材料，其可以通过外界刺激（如温度、湿度、光照等）改变形状，并在去除刺激后恢复原状。
这种材料具有诸多优点，如高度可控性、可重复性和快速响应等，因此在科学研究和工程应用中引起了广泛的关注。
2. 形状记忆聚合物的原理形状记忆聚合物的形状记忆效应源于其特殊的化学结构和物理性质。
一般来说，形状记忆聚合物由两种或多种不同的聚合物组成，其中一种聚合物具有高交联度和固态形状记忆效应，而另一种聚合物则具有低交联度和可逆形状记忆效应。
通过调控这两种聚合物的相互作用，可以实现形状记忆效应的控制和调节。
3. 形状记忆聚合物的合成方法形状记忆聚合物的合成方法多种多样，常见的包括热交联法、化学交联法、自组装法等。
其中，热交联法是最常用的方法之一，通过在高温下对聚合物进行交联，可以得到具有形状记忆效应的材料。
此外，化学交联法和自组装法也具有一定的应用潜力，可以实现形状记忆聚合物的定制化合成。
4. 形状记忆聚合物的应用领域形状记忆聚合物在医学、智能材料以及微纳技术等领域具有广泛的应用前景。
在医学领域，形状记忆聚合物可以用于制备可缩小的医疗器械，如血管支架和封堵器等，以实现微创手术和精确治疗。
在智能材料领域，形状记忆聚合物可以用于制备可调节形状和功能的材料，如智能纺织品和可变形电子器件等。
在微纳技术领域，形状记忆聚合物可以用于制备微纳结构和微纳机械，如微流控芯片和微机械臂等，以实现微纳尺度的操作和控制。
5. 形状记忆聚合物的未来发展方向形状记忆聚合物作为一种新兴的材料，其研究和应用仍处于起步阶段，尚存在许多挑战和机遇。
形状记忆功能高分子材料的研究现状和进展
形状记忆功能高分子材料的研究现状和进展Value Engineering0引言随着社会的进步和科学技术的发展，一般的材料难以满足日益复杂的环境，因此需要具有自修复功能的智能材料———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的条件（如光、电、热、化学、机械等）经过形变可以回复到原始形状的具有形状记忆功能的材料，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。
高分子产业的迅速发展，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的独特性，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]。
1功能高分子材料研究概况功能高分子材料是20世纪60年代的新兴学科，是渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。
由于它的内容丰富、品种繁多、发展迅速，成为新技术革命不可或缺的关键材料，对社会的生活将产生巨大影响。
1.1功能高分子材料的介绍功能高分子材料是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，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、磁性等功能的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]。
1.2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的且各项性能更好的高分子材料；第二类：是具有新型特殊功能的高分子材料[3]。
1.3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的一个分支———形状记忆功能高分子材料。
和其它功能材料相比的特点：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的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，易制成结构复杂的异型品，能耗低；第三，耐候性，介电性能和保温效果良好。
形状记忆聚合物研究现状与发展_姜敏
收稿日期:2004210214;修改稿收到日期:2004211228。
作者简介:姜敏,女,1972年生,湖北公安人,湖北工业大学高分子材料专业硕士研究生,主要研究领域为高分子材料、复合材料研究与开发。
综 述形状记忆聚合物研究现状与发展姜敏 彭少贤 郦华兴(湖北工业大学,武汉,430068) 摘要:讨论了形状记忆聚合物的类型和特点,综述了聚氨酯、交联聚乙烯、反式1,42聚异戊二烯等形状记忆聚合物的研究进展,分析了形状记忆聚合物的形状记忆机理及其应用,并提出了存在的问题。
关键词: 形状记忆 聚合物 机理 述评 自1960年美国海军试验室Bucher 等人首次发现镍钛合金中的形状记忆效应以来,形状记忆材料在世界范围内引起了广泛的关注,且其研究取得了巨大的进展。
所谓“形状记忆”是指具有初始形状的制品经形变固定之后,通过热能、光能、电能等物理因素以及酸碱度、相转变反应和螯合反应等化学因素为刺激手段的处理又可使其恢复初始形状的现象。
形状记忆材料包括形状记忆合金(SMA ),形状记忆陶瓷(SMC )和形状记忆聚合物(SM P )[1]。
其中形状记忆合金,目前在基础研究和应用开发研究方面取得了巨大进展,并已在航空、航天、医学、工程及人们日常生活领域中得到了广泛的应用。
然而形状记忆聚合物在1984年才取得第一个专利,但由于其具有变形量大,赋形容易,形状响应温度便于调整,且还有保温、绝缘性能好、不锈蚀、易着色、可印刷、质轻价廉等特点,都是SMA 所无法比拟的,因而,SM P 以后来者居上的身份成为目前热门的功能材料之一。
1 SMP 的研究进展世界上第1种SM P 是法国的Cdf Chime 公司(即现在的Orkem 公司)于1984年开发的聚降冰片烯。
日本的杰昂( )公司购买这项制造专利后,在进一步的研究中发现了它的形状记忆功能[2]。
目前已工业化生产和实际应用,商品名为NORSO EX 。
近年来,SMP 在国外发展很快,尤其是日本,目前已有多家公司拥有工业化应用的固体粉末(或颗粒)SMP 生产技术。
形状记忆聚合物的研究及其应用
形状记忆聚合物的研究及其应用第一章绪论形状记忆聚合物是一种具有记忆性能的高分子材料，其可以产生可逆变形行为，具有广泛的应用前景。
本文将介绍形状记忆聚合物的研究进展以及其在各领域中的应用。
第二章形状记忆聚合物的研究形状记忆聚合物是一种由特殊的聚合物基质构成的高分子材料。
它的形状可随着溶剂、温度、电场、光等外部条件的变化产生可逆性的变形。
因此，它拥有一定的智能性，被广泛应用于各个领域。
形状记忆聚合物的主要结构包括线性结构、交联结构、网络结构等，其中交联结构和网络结构更加适合形状记忆应用，因为它们具有更好的弹性和形变能力。
形状记忆聚合物的形状记忆效应是由聚合物链的编织结构和交联结构、结晶性、形态等在加热或冷却过程中的相变引起的。
在这个过程中，形状记忆聚合物中的链和交联点会进行可逆的位移和旋转，从而产生可逆的形变。
此外，形状记忆聚合物还具有形状记忆材料的其他特征，如自修复性能，自润滑性能等。
形状记忆聚合物的研究主要包括材料的合成、结构与性质的表征以及应用研究等。
近年来，科学家们通过改变聚合物材料的交联结构、晶态结构以及形态结构等方面的调控，成功地提高了形状记忆聚合物的响应速度、形变能力、热稳定性等性能，发展了一系列新的高性能形状记忆聚合物。
第三章形状记忆聚合物的应用形状记忆聚合物具有卓越的应用前景，广泛应用于医学、航天航空、建筑等领域。
3.1 医学领域在医学领域中，形状记忆聚合物可以应用于生物修复和医疗器械等方面。
例如，可以将形状记忆聚合物作为缝合线，将其置放在组织器官中，随着体内温度的变化而进行形态修复和固定。
此外，可以将形状记忆聚合物应用于医疗器械的制造，如形状记忆聚合物支架、人工骨等材料，具有优异的生物相容性和形变能力。
3.2 航天航空领域形状记忆聚合物可以应用于航天航空领域的机构调整、形状变化等方面。
例如，可以将形状记忆聚合物用于飞机机身的气动调整装置、发动机变形处理手段等工程中。
3.3 建筑领域形状记忆聚合物可以应用于建筑领域中的防震减灾、隔音降噪等方面。
形状记忆聚合物材料的制备与性能研究
形状记忆聚合物材料的制备与性能研究引言：形状记忆聚合物材料是一类具有记忆能力的人工智能材料，可以在受到外界刺激后改变其形状，具有广泛的应用前景。
本文综述了形状记忆聚合物材料的制备方法以及其性能研究，旨在深入了解该领域的最新进展。
第一部分：形状记忆聚合物材料的制备方法形状记忆聚合物材料的制备方法主要包括聚合物合成和形状记忆效应的调控。
在聚合物合成方面，常用的方法有传统的自由基聚合、阴离子聚合和环状聚合等。
此外，近年来，还发展出了一些新的制备方法，例如合成高分子接枝交联聚合物和引入活性单体等。
这些新方法不仅可以提高制备效率，还能赋予聚合物更好的形状记忆效应。
形状记忆效应的调控是实现材料形状记忆的关键步骤。
目前广泛应用的调控方法有两种，一种是通过温度调控，另一种是通过化学调控。
温度调控是利用聚合物的晶体结构和玻璃转变温度控制其形状记忆效应，可实现多次形状转变。
而化学调控则是通过改变聚合物的化学结构和成分，例如引入交联点、功能基团等，来调控其形状记忆效应。
这两种调控方法的结合应用可以实现更多样化和精准的形状记忆效应。
第二部分：形状记忆聚合物材料的性能研究形状记忆聚合物材料的性能研究围绕其形状记忆效应、力学性能和环境响应等方面展开。
形状记忆效应是形状记忆聚合物材料的核心性能之一。
通过调控热致形状记忆效应（Thermo-Responsive Shape Memory，TRSM）和光致形状记忆效应( Photo-Responsive Shape Memory，PRSM) 等，可以使聚合物在受到外界刺激后实现形状变化并恢复初始形状。
而形状记忆速度、恢复率、稳定性等则是评价形状记忆效应的重要指标。
研究表明，合理选择聚合物的结构和调控方法可以显著提高形状记忆效应，提高形状记忆聚合物材料的应用范围。
力学性能是形状记忆聚合物材料的另一个重要性能。
材料应具有一定的弹性模量、拉伸强度和延伸率，以满足在形状记忆过程中的力学要求。
高分子材料形状记忆性能研究报告
高分子材料形状记忆性能研究报告摘要：本研究报告旨在对高分子材料的形状记忆性能进行深入研究。
通过实验和分析，我们探讨了高分子材料形状记忆性能的机制、特性以及应用前景。
研究结果表明，高分子材料的形状记忆性能在多个领域具有广泛的应用潜力。
1. 引言高分子材料作为一种重要的材料类别，具有广泛的应用领域。
其中，形状记忆性能是高分子材料的一项重要特性，其能够在外界刺激下恢复到其原始形状。
形状记忆材料的研究对于开发智能材料和制造可调控结构具有重要意义。
2. 形状记忆性能的机制高分子材料的形状记忆性能主要基于其特殊的结构和性质。
通过控制高分子链的交联程度和取向，可以实现形状记忆效应。
形状记忆材料的形状转变通常发生在两个阶段，即相变和恢复。
相变阶段是通过外界刺激引发高分子材料结构的改变，而恢复阶段则是通过内部能量释放实现形状恢复。
3. 形状记忆材料的特性形状记忆材料具有多种特性，包括形状记忆效应、可逆性、稳定性等。
形状记忆效应是指材料在外界刺激下能够恢复到其原始形状的能力。
可逆性是指形状记忆效应可以多次循环发生，而不会损害材料的性能。
稳定性是指形状记忆效应在长期使用和环境变化下的稳定性能。
4. 形状记忆材料的应用前景形状记忆材料在多个领域具有广泛的应用前景。
在医学领域，形状记忆材料可以应用于支架、缝合线和药物释放系统等。
在航空航天领域，形状记忆材料可以用于制造可调控结构和自修复材料。
在纺织品领域，形状记忆材料可以用于制造具有变形功能的服装和纺织品。
5. 结论通过对高分子材料形状记忆性能的研究，我们得出了以下结论：高分子材料的形状记忆性能在多个领域具有广泛的应用潜力；形状记忆材料的机制主要基于其特殊的结构和性质；形状记忆材料具有形状记忆效应、可逆性和稳定性等特性。
我们相信，进一步的研究和开发将推动形状记忆材料在各个领域的应用和发展。
致谢：感谢所有参与本研究的人员和机构的支持和帮助。
附录：本研究所使用的实验方法和数据详见附录部分。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿日期:2004210214;修改稿收到日期:2004211228。
作者简介:姜敏,女,1972年生,湖北公安人,湖北工业大学高分子材料专业硕士研究生,主要研究领域为高分子材料、复合材料研究与开发。
综 述形状记忆聚合物研究现状与发展姜敏 彭少贤 郦华兴(湖北工业大学,武汉,430068) 摘要:讨论了形状记忆聚合物的类型和特点,综述了聚氨酯、交联聚乙烯、反式1,42聚异戊二烯等形状记忆聚合物的研究进展,分析了形状记忆聚合物的形状记忆机理及其应用,并提出了存在的问题。
关键词: 形状记忆 聚合物 机理 述评 自1960年美国海军试验室Bucher 等人首次发现镍钛合金中的形状记忆效应以来,形状记忆材料在世界范围内引起了广泛的关注,且其研究取得了巨大的进展。
所谓“形状记忆”是指具有初始形状的制品经形变固定之后,通过热能、光能、电能等物理因素以及酸碱度、相转变反应和螯合反应等化学因素为刺激手段的处理又可使其恢复初始形状的现象。
形状记忆材料包括形状记忆合金(SMA ),形状记忆陶瓷(SMC )和形状记忆聚合物(SM P )[1]。
其中形状记忆合金,目前在基础研究和应用开发研究方面取得了巨大进展,并已在航空、航天、医学、工程及人们日常生活领域中得到了广泛的应用。
然而形状记忆聚合物在1984年才取得第一个专利,但由于其具有变形量大,赋形容易,形状响应温度便于调整,且还有保温、绝缘性能好、不锈蚀、易着色、可印刷、质轻价廉等特点,都是SMA 所无法比拟的,因而,SM P 以后来者居上的身份成为目前热门的功能材料之一。
1 SMP 的研究进展世界上第1种SM P 是法国的Cdf Chime 公司(即现在的Orkem 公司)于1984年开发的聚降冰片烯。
日本的杰昂( )公司购买这项制造专利后,在进一步的研究中发现了它的形状记忆功能[2]。
目前已工业化生产和实际应用,商品名为NORSO EX 。
近年来,SMP 在国外发展很快,尤其是日本,目前已有多家公司拥有工业化应用的固体粉末(或颗粒)SMP 生产技术。
如日本可乐丽( )公司于1988年成功地开发了结晶度为40%,用硫磺和过氧化物实施部分交联的反式聚异戊二烯形状记忆材料,该材料具有形变速度快,回复力大及回复精度高等优点[1];日本旭化成公司于1988年开发了由聚苯乙烯和结晶性聚丁二烯组成的混合型性能优异的形状记忆聚合物材料[3,4];日本纤维高分子材料研究所用γ射线照射聚乙烯基醚(PVME )的水溶液,得到交联的PVME 形状记忆聚合物;日本信州大学通过将聚乙烯醇(PVA )水溶液冻结解冻,获得高弹性的水凝胶,再用戊二醛进行交联处理,开发了形变量高达200%～300%的形状记忆水凝胶等[5]。
国内SM P 的研究也取得了一些突破。
如中科院化学所严瑞芳等通过控制天然杜仲胶(TPI )交联度制备了医用功能材料、形状记忆温控开关、密封形状记忆材料等;青岛化工学院高分子材料系黄宝琛等人进行人工合成反式聚异戊二烯形状记忆材料的研究[6];北京航空航天大学材料科学系王诗任等人证明当过氧化二异丙苯(DCP )质量分数在0.5%时,乙烯2乙酸乙烯共聚物(EVA )具有优异的形状记忆功能[7];南京大学表面和界面化学系喻春红等人对形状记忆・35・ 现代塑料加工应用 2005年第17卷第2期MODERNPLASTICS PROCESSIN G AND APPL ICA TIONS聚氨酯材料展开了研究[8];还有上海交通大学应用化学系[9]等单位也相继开展了这方面的研究工作,并取得一定的进展。
根据近年发表的专利和其他文献,SM P的研究工作主要集中在以下几个方面:(1)SM P的形状记忆机理;(2)SM P的形状记忆效果及综合性能;(3)SM P的形状记忆数学模型研究;(4) SM P的应用。
以下将从上述方面论述SM P的技术发展及动向。
2 SMP的形状记忆机理SM P根据其回复原理可分为:热致型SM P、光致型SM P、化学感应型SM P[10]等。
2.1 热致型SMP日本的石田正雄先生最先发现[11],热致型SM P形状记忆功能主要来源于材料内部存在不完全相容的两相,即保持成型制品形状的固定相和随温度变化会发生软化、硬化可逆变化的可逆相。
固定相的作用在于原始形状的记忆与恢复,可逆相则保证成型制品可以改变形状。
根据固定相的结构特征,SM P可分为热固性和热塑性两大类,除此之外还有一种所谓的“冷变形成型”的形状记忆聚合物材料[12]。
热固性SM P是将聚合物加温到熔点(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态,其化学交联结构为固定相,结晶相为可逆相。
当温度升高至t m以上时,可逆相熔融软化,在外力的作用下可做成任意的形状,保持外力并冷却固定,使分子链沿外力方向取向冻结得到变形态。
当温度再升高至t m以上时,可逆相分子链在熵弹性作用下发生自然卷曲,直至达到热力学平衡状态,从而发生形状回复,记忆一次形状。
热塑性SM P实质上是高分子链以物理交联的方式形成固定相和可逆相。
当温度升高至玻璃化转变温度(t g)以上时,可逆相分子链的微观布朗运动加剧,而固定相仍处于固化状态,此时以一定外力使SM P发生变形,并保持外力使之冷却,可逆相固化得到稳定的新形状即变形态。
当温度再升高至t g以上时,可逆相软化,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逐步达到热力学平衡状态,即宏观表现为恢复原状。
冷变形成型的SMP在低于t g以下,通过冷加工的方法发生强迫高弹形变,然后保持外力并冷却,得到变形态。
当温度再次升高到t g时,由于分子链处于高弹态,可以自由运动而发生高弹形变恢复。
这种SM P是通过高分子链之间的相互缠绕实现形状记忆的。
在t g以下,分子链之间不能相互滑动,外力作用只能使分子链的构象发生强制变化,保持外力条件下降温时,分子链被严格地冻结,强制形变得以保存。
当加热至t g以上时,分子链构象的强制变化被解除,并逐步达到热力学平衡状态,宏观上即为恢复原状。
热致型SM P回复刺激手段主要有:热能、光能、电能等。
其中热能刺激手段回复方法是靠通热水或吹热风,以导热和对流的方式对材料实施加热,这种方法设备及操作简单[13],但前者存在适用环境局限性大,后者存在加热温度场受风向影响大,加热不均匀,导致制品收缩也不均匀。
利用光能作为热刺激手段的回复方法是通过远红外加热器等加热设备将光能转化为热能对材料实施加热,这种方法具有加热速度快且加热均匀等优点,但其设备昂贵,投资太大[14]。
利用电能作为热刺激手段的回复方法的SM P材料,有文献也称其为电致型SM P[15],其制备方法是在聚合物中加入导电粒子制备成复合材料,这种复合材料既有导电性能,又有形状记忆功能。
对材料安装电极,然后直接通以电流产生热量使SM P温度升高,致使形状回复,这种方法操作简单,且加热速度快,但其存在电极安装问题,造成制品加工困难。
2.2 光致型SMP光致型SMP的制备是以一定的方式引入适当的光致变色基团(Photochromic Chromophore G roup,简称PCG)的某些聚合物材料,当其受到光照时(通常为紫外光),PCG发生异构化反应,并把这种变化传递给分子链,使分子的状态发生显著性变化,材料在宏观上表现为光致形变,光照停止时, PCG发生可逆的光异构化反应,分子链的形态相应地复原,材料则恢复原状,但回复速度很慢。
光照停止后,通过加热或用其他波长的光(通常为可见光)照射,可加速恢复过程[15,16]。
2.3 化学感应型SMP化学感应型SM P是一些聚合物材料在化・45・ 现 代 塑 料 加 工 应 用 2005年4月 学物质的作用下,能产生形变及形变恢复。
通常用的化学感应方式有p H值变化、平衡离子置换、螯合反应、相转变和氧化还原反应等[17～19]手段。
刺激手段不同,聚合物形状记忆机理也不一样。
p H值变化刺激方式是将聚合物浸泡于盐酸溶液中,氢离子间的相互排斥使分子链段扩展,再向体系中加入等当量的NaO H溶液时,则发生酸碱中和反应,分子链收缩,直到恢复原长[19];平衡离子置换是聚合物中羧酸阴离子的平衡离子发生置换时,可使分子链产生伸缩变化而产生形状记忆;螯合反应是侧链上含有配位基的高分子同过渡金属离子形成螯合反应时可发生可逆变化;相转变和氧化还原反应是蛋白质在各种盐类物质的存在下因高次结构破坏而收缩,高次结构再生则恢复原长。
3 SMP的形状记忆效果及综合性能3.1 热致型SMP对于热致型SM P必须满足3个要求:1)特定条件下能发生一定形变;2)该形变在室温能大部分固定;3)在特定条件下基本能回复原状。
因此,衡量SMP形状记忆效果的优劣,可用形状回复率、形状固定率、形变量、形状回复速度等指标评价[20]。
就形状记忆原理可以推测,可逆相对SM P的形变特性影响较大,固定相对形状恢复特性影响较大。
可逆相分子链的柔韧性增大, SM P形变量就相应提高。
热固性SM P同热塑性SM P相比,形状恢复的速度快、精度高、应力大,但形变量小,不能回收再利用。
目前已开发的SM P普遍综合性能不够理想[10]。
如聚降冰片烯形变回复力大、形变速度快、回复精度高,但形状回复温度不能任意高,相对分子质量太大,分子链非常长,成型加工较困难;反式聚异戊二烯形状记忆性能优良,但由于存在不饱合键,其耐老化和耐高温性能差;交联聚乙烯耐热性、力学性能和物理性能较好,由于交联分子间的键合力增大,使得形变量极低,制品赋形困难等。
努力提高综合性能已成为目前理论和应用研究工作的重点。
3.2 光致型与化学感应型SMP光致型与化学感应型SMP材料感应方式均为“外接触”式,故操作简单,但在形状记忆效果方面均低于热致型SM P。
如光致感应型SM P,其PC G基团之间相互作用的变化受光照影响较小,材料形状恢复性能差;低分子光致变色基团对分子链的传递效果较差[10],形状回复速度也不高,形变量也较低,最低低至2%以下[21];化学感应型SM P存在形变量小、稳定性差、易受外界环境影响等缺点。
4 SMP的应用4.1 热致型SMP热致型SM P目前已在医疗、包装、建筑、玩具、汽车、文体用品、报警器材等领域应用,并将在更广泛的领域开辟其潜在用途[22～26],主要用途如下。
41111 异径管接合材料先将SM P材料加热成管状,并趁热向内插入半径比管直径大的棒状物。
扩口,待冷却抽出棒状物,得到热收缩管,使用时将直径不同的金属管插入热收缩管中,用热水或热风加热,套管即收缩紧固。
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腐工程。