当前位置:文档之家› 形状记忆高分子材料

形状记忆高分子材料


LOGO
形状记忆纤维
LOGO
形状记忆高分子优缺点及发展趋势
近些年来,国内外关于形状记忆高分子材料的研 究迅速发展,已有多种形状记忆树脂推向市场。
形状记忆高分子和形状记忆合金相比,具有感应
温度低、价廉、易加工成型、适应范围广等特点,因 此受到人们的广泛关注,并在开发应用上取得了很大 的进展。
LOGO
LOGO
物理(辐射)交联法
大多数产生形状记忆功能的高聚物都是通过辐射交联 而制得的,例如聚乙烯、聚己内酯。
采用辐射交联的优点是:可以提高聚合物的耐热性、
强度、尺寸稳定性等,同时没有分子内的化学污染。
研究发现,聚己内酯经过辐射交联以后也具有形状记忆 效应,且辐射交联度与聚己内酯的分子量和辐射剂量有很 大的关系,同时发现聚己内酯具有形状恢复响应温度较低( 约50℃)、可回复形变量大的特点。
LOGO
包装材料
LOGO
容器外包及衬里
一般制作容器衬里 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, 再加热便可恢复成衬里 形状,牢固地嵌在容器 内。
LOGO
建筑用紧固销钉
先将形状记忆树脂加工成使用形状, 再加热变形为易于装配的形状,冷 却固化后插入欲铆合的两块板的空 洞中,再将销钉加热便可恢复一次 成型形状而将板铆合。
LOGO
这些结构特点决定了大多数高聚物的宏观结构均
是结晶和无定形两种状态的共存体系。高聚物未经交
联时,一旦加热温度超过其结晶熔点,就表现为暂时 的流动性质,观察不出记忆特性;高聚物经交联后, 原来的线性结构变成三维网状结构,加热到其熔点以 上时,不再熔化,而是在很宽的温度范围内表现出弹
性体的性质。
LOGO
高分子的形状记忆过程和原理
1.形状记忆聚合物的相结构
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
LOGO
2. 产生记忆效应的内在原因
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是很困难的。
LOGO
形状记忆高分子材料
站长素材PPT模板
LOGO
1 2 3 4 5
形状记忆高分子概述 热致感应型形状记忆高分子 其他种类形状记忆高分子 形状记忆高分子材料的应用 形状记忆高分子优缺点及发展趋势
LOGO
形状记忆高分子(SMP)概述
定义:
形状记忆高分子(Shape Memory Polymer)SMP 材料是指具有初始形状的制品,在一定的条件下改变其 初始形状并固定后,通过外界条件(如热、光、电、化学 感应)等的刺激,又可恢复其初始形状的高分子材料。
LOGO
3.形状记忆过程
LOGO
LOGO
热致感应型形状记忆高分子
定义: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
快恢复初始形状的聚合物。 这类SMP一般都是由防止树脂流动并记忆起始态 的固定相与随温度变化的能可逆地固化和软化的可逆 相组成。
LOGO
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。
LOGO
共聚法
将两种不同转变温度(Tg或 Tm)的高分子材料聚合成嵌段 共聚物。由于一个分子中的两 种(或多种)组分不能完全相 容而导致了相的分离,其中Tg (或Tm)低的部分称为软段, Tg(或Tm)高的部分称为硬 段。通过共聚调节软段的结构 组成、分子量以及软段的含量 来控制制品的软化温度和回复 应力等,从而可以改变聚合物 的形状记忆功能。
据报道,PEO-PET的共 聚物包括两部分,PEO部 分Tm较低,是聚合物的软 段部分,可以提供弹性体 的性质;而PET部分作为共 聚物中的硬段部分,具有 较高Tm,可以形成物理交联, 使共聚物具有较高的挺度, 较好的耐冲击性。
LOGO
形状记忆高分子材料的应用
尽管形状记忆高分子的开发时间短,但由于其具有 质轻价廉、形变量大、成型容易、赋形容易、形状恢 复温度便于调整等优点,目前已在医疗、包装、建筑、
LOGO
(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)
(2)变形:将材料加热至适当温度(如玻璃化转变温度Tg),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。
LOGO
(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。
(4)形状恢复:将变形态加热到形状回复温度如Tg,可逆相软化
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
共聚法
制备方法
分子自主装
LOGO
化学交联法
高分子的化学交联已被广泛研究,可通过多种方法 得到。 用该法制备热固性SMP制品时常采用两步法或多步技 术,在产品定型的最后一道工序进行交联反应,否则会 造成产品在成型前发生交联而使材料成型困难。
如可用亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)做交联剂,将丙烯酸 十八醇酯(SA)与丙烯酸(AA)交联共聚,合成了具有形 状记忆功能的高分子凝胶。
仍存有不足:
1)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; 2)力学强度和化学耐久性、耐油性、耐燃性、耐药品性 等性能不够理想; 3)其记忆功能单向、缺少双向记忆和全方位记忆性能; 4)形状记忆树脂的加工性要比原树脂差。
LOGO
表现为恢复到变形前的状态A。
LOGO
LOGO
形状记忆效果
由形状记忆原理可知,可逆相对SMP的形变特性影响较大,固定 相对形状恢复特性影响较大。其中可逆相分子链的柔韧性增大, SMP的形变量就相应提高,形变应力下降。
LOGO
形状记忆合金与形状记忆高分子的特点比较
LOGO
热致SMP制备方法
交联法
玩具、汽车、报警器材等领域的应用,并可望在更广
泛的领域开辟其潜在的用途。
LOGO
医疗器材
形状记忆高分子因其质轻价廉、易于成型、形状恢复 温度便于调整,特别是一些形状记忆高分子兼有的生
物相容性和生物降解特性等优点,在医疗装备领域
这是开发最早和应用最广泛的形状记忆高分子材 料。所谓热收缩管是指在加热时能发生径向收缩的管 子。应用的时候,将套管套在需要包覆或连接的物体 上,用加热器将膨胀的管加热到软化点以上(低于一 次成型温度),膨胀管便收缩到起始形状,紧紧包覆 在被包物体上。 热收缩管用途广泛, 主 要用于绝缘、密封、防 腐等方面,如高压电线、 电缆的连接、端部密封; 输气输油管道的防腐等。
LOGO
SMP分类及记忆原理
SMP记忆过程
记忆起始态
固定变形态
恢复起始态
引发形状记忆效应的外部环境因素:
物理因素:外力,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。
LOGO
根据记忆响应机理,形状记忆高分子可以大致分为以下几类:
1)热致感应型SMP 2)光致感应型SMP 3)电致感应型SMP 4)化学感应型SMP 5)外力作用型SMP
相关主题