形状记忆聚合物的原理和应用

形状记忆聚合物的原理和应用

化

学

世

界

年

形状记忆聚合物的原理和应用潘道成张和康张隐西上海交通大学应用化学系

形状记忆合金在国外和国内均已实用化的。

晶

和化学交联点分隔的链段平均分子量小,

然而形状记忆聚合物在‘,

年才取得。

于产生橡胶嫡弹性所需的临界分子量在

第一个专利〔,。。,

它的价格仅为形状记忆合金,

与,

之间仍不出现橡胶弹性

,

而呈现强韧,

且易加工

记忆恢复温度范围宽

的硬性动态模量图。

仍保持着,,

见,

形状记忆聚合物在加工成型时赋予制品固有形状,

但在熔点以上结晶全部熔化物理交,

制品在其寿命期内对此固有形状终生、

联点消失仅存化学交联点使交联点间链段长度增加,,

记忆以后按照运输,

。

安装和使用的需要可,,

超过橡胶嫡弹性临界分子量,

,

因

在各种条件下任意变形数万次。

而一旦满足形状回。

此呈现橡胶弹性性能与一般的硫化橡胶如

复条件即迅速回复到固有形状可如此反复聚合物体系多重结构的结点间柔性链段长度大于自由行走模型的临界分子量时,,

顺式所示如图。

,

聚异戊二烯橡胶”〔,

相同

,

如图

形状记忆形变和回复过程的超分子结示意如图,

构变化

制品形状的变化示意

在

。

高弹态中即产生橡胶嫡弹性而结点则贡献出材料的模量和外形稳定性是无定形态的链缠结点,、

。

这种结点可以

,

半结晶聚合物的晶,、

区多嵌段聚合物的硬段聚合物多相体系中

的微区以及氢键电荷传递络合物键,

离子

、厂

芝圣目,

键

、

共价键等

。

充分发展的橡胶墒弹性和有反式聚异戊二烯,,

、

飞【色

一〕、、屯、

‘

’

效的结点刚性的合理组合就形成了高聚物的

竭

形状记忆效应,

。

在室

温中结晶主链中有双键可以硫化不同硫化程度具有不同的性能的仁,、。

蛾袍材

,

,

‘

毛性

’”。

认加一

未经硫化的一一

二

’‘

一

蓄

义一一一

’

曲线上在,

“

和

有结晶,

的多重熔融峰是典型硬性结晶高分子而当,

温度

℃

交联度达到临界点时融峰均消失,,

,

曲线上所有的熔“”,

图

硫化网络被固定在无规像胶

与硫化交联的动态模量一温度关系

—

一

一

态呈

现大分子网络的整体无序性

其应力

形状记忆聚降冰片烯于它具有超高分子量,

,〔,

的,

,

由温

应变曲线接近于理想弹性体制品在低交联度下的结晶熔融峰,,

,

是一种橡胶类外的结晶,

万以上。

在

曲线上残留肠℃成为形

在室温中保持约,

度以上仍然有明显的链缠结起物理交联的作用,

链缠结点之间的分子量大于产生橡胶王法华李维平乙耀中协助整理资料、、

度熔点

℃

局部并存高次结构。

状记忆材料仁,

〔们

因此

,

由物理交联点

结

形状记忆聚合物的原理和应用

第

期

‘

、匡剥鉴住黝,

加力二

一二二李

结晶熔融

无定形链按变形后的平衡积象排列

冷却长

加热

二

令

分

馨超分子结构变化模式图棒状物

李

幻结晶把变形固定

沟结晶部分

无定形部分

化学交联点

图

形状记忆

座皿形状记忆官接头脱出棒状物

,

热

软化

一

一尸井入以二二尸

冷却固灾一一今

一

回,

场入捧争一

加热收缩一一

寸

图,

形状记忆聚合物不同直径管子接头连接工艺示意图

嫡弹性的临界分子量而在,,

温度以下链

因而具有形状回复功能

,

兰组分聚氨醋『,有,

段运动被冻结嫡弹性消失由此提供了形状记忆特性。

类似的形状记忆机理在今后的十年内用前景预计如表〔

。

,

形状记忆聚合物的应

利用聚合物体系的多重转变

,

可以设计

。

表中与形状记忆合金,

多嵌段聚合物热塑性弹性体类型的形状记忆

作了比较

。

具体应用例子很多〔,。

择其中一

材料

仁

、

”。

苯乙烯一结晶性丁二烯聚合物形〔,,

部份略作说明

状记忆材料约

中的结晶性聚丁二烯聚苯乙烯

的,

不同直径管子的接头,,

略小于连接

的,。

约

的小管外径作为接头内径固有形状加工好接头然后加热软化扩孔把需要连接的管子擂

因此在,

温度区间

结晶熔化

,

仍处于玻璃态起结点作用

结点间的

入接头后再加热回复接合如图,,

所示

。

利热

链段设计得超过橡胶嫡弹性临界链段长

用形状记忆聚合物原理制造的热收缩膜

,

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