雙向形狀記憶聚合物及其復合材料的開發(fā)與應用.pdf

1、形狀記憶聚合物（Shape memory polymer,SMP）在受到特定的外界刺激后，能由預先固定的臨時形狀主動回復至初始的永久形狀。憑借這一特性，形狀記憶聚合物已在航空航天、生物醫(yī)學等高新領(lǐng)域得到了廣泛應用。傳統(tǒng)的單向形狀記憶聚合物(One-way shape memory polymer，1W-SMP)經(jīng)賦形（Programming）后可固定一個臨時形狀，在回復至永久形狀后，不經(jīng)再次賦形則無法主動變回臨時形狀，其形狀記憶過程近似

2、為“一次性”過程。與此不同，雙向形狀記憶聚合物（Two-way shape memory polymer，2W-SMP）經(jīng)一次賦形后，可在兩個形狀間進行多次可逆的形狀變化，相比單向SMP，雙向SMP使用更為方便可靠。因此，對雙向SMP的研究有助于進一步開拓SMP的實際應用。
　　本文選用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)為原料，以過氧化二異丙苯(DCP)為交聯(lián)劑，采用熱交聯(lián)工藝，成功制備了雙向形狀記憶EVA。通過調(diào)整DCP的添加量發(fā)

3、現(xiàn)，只有DCP加入量達到1.0wt％以上的交聯(lián)EVA才能表現(xiàn)出雙向形狀記憶特性。其中，加入3.0wt％DCP的交聯(lián)EVA在0.1MPa的恒應力下可逆應變量最大，可達16.7％。加入4.0wt％DCP后，交聯(lián)EVA具有較為理想的二重形狀記憶性能（形狀固定率與回復率可分別達到96.6％和97.7％），且在雙向形狀記憶測試中同樣表現(xiàn)良好。
　　為賦予雙向形狀記憶EVA電刺激響應功能，本文以氣相生長碳纖維(VGCF)為納米填料，通過溶液混

4、合-溶膠化的方法制備了VGCF-EVA復合材料。當VGCF添加量達到15.0wt％時，試樣電阻率降至20.4Q·cm，試樣在60V電壓下迅速升溫且溫度分布均勻，并能夠在40V電壓下執(zhí)行電響應的雙向形狀記憶。該VGCF-EVA復合材料還具有驅(qū)動便捷，形狀轉(zhuǎn)變速度快等優(yōu)點。
　　為進一步探究2W-SMP在智能控制中的實際應用可能，本文利用雙向形狀記憶EVA為基礎(chǔ)材料，經(jīng)環(huán)氧導電銀膠涂覆、賦形后制得了智能溫控開關(guān)。此開關(guān)能夠在溫度達到5

5、2.7±2.8℃時主動展開，使電路斷開;當溫度降至27.3±1.4℃時，開關(guān)又能夠變形至電路閉合狀態(tài)。這一智能器件有望應用于智能開關(guān)，如限流開關(guān)。
　　本文表明，對EVA進行適當交聯(lián)可賦予其雙向形狀記憶特性，制得的交聯(lián)EVA能夠在無應力條件下穩(wěn)定進行多次形狀可逆變化;再經(jīng)加入VGCF導電填料復合改性，EVA基復合材料在保持原有雙向形狀記憶性能的情況下，兼具有電刺激響應特性;最后，實驗證明得到的雙向形狀記憶EVA經(jīng)合理的結(jié)構(gòu)設計，有