苯乙烯形狀記憶聚合物的制備及性能研究.pdf

1、熱致形狀記憶聚合物是一種新型的智能材料,其記憶過程主要由預(yù)變形和形狀回復(fù)兩個(gè)部分組成。預(yù)變形,將外力直接作用于高彈態(tài)的形狀記憶聚合物上，使其發(fā)生形變,然后降溫至玻璃態(tài),固定形狀;形狀回復(fù),通常是使用熱介質(zhì)—熱空氣或熱液—驅(qū)動(dòng)其由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài),進(jìn)而回復(fù)初始形狀。這種變形方式和回復(fù)方式在實(shí)施過程中存在許多不便之處,而且對(duì)周圍環(huán)境影響大,驅(qū)動(dòng)效率低。
　　本文采用自由基共聚合法制備了一系列的苯乙烯形狀記憶聚合物,測(cè)試和分析了苯乙烯

2、形狀記憶聚合物的性能;研究了苯乙烯形狀記憶聚合物的紅外激光驅(qū)動(dòng)方式以及磁場(chǎng)作用下的非接觸式預(yù)變形方式。
　　首先,采用自由基共聚法制備了一系列苯乙烯形狀記憶聚合物,通過控制共聚單體含量和交聯(lián)劑用量賦予苯乙烯形狀記憶不同的力學(xué)性能、熱性能及記憶特性。研究發(fā)現(xiàn),制備的苯乙烯形狀記憶聚合物為非晶態(tài)聚合物,具有可控的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和較高的熱分解溫度;并表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的形狀記憶性能。當(dāng)驅(qū)動(dòng)溫度等于或大于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí),苯乙烯

3、形狀記憶聚合物的形狀回復(fù)率大于95％,而且形狀回復(fù)迅速。其中交聯(lián)劑含量為2%,共聚單體含量為25%的材料綜合性能最好。從活化能的角度對(duì)形狀記憶聚合物的回復(fù)速率隨溫度升高而加速的現(xiàn)象進(jìn)行了分析,運(yùn)用阿倫尼烏斯公式從理論上進(jìn)行了驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)結(jié)果與理論分析基本吻合。借助橡膠彈性理論分析了交聯(lián)劑用量與苯乙烯形狀記憶聚合物回復(fù)速率之間的相互關(guān)系。
　　其次,對(duì)苯乙烯形狀記憶聚合物的耐γ-射線輻照性能進(jìn)行了深入研究。發(fā)現(xiàn)γ-射線輻照劑量低于1×

4、105Gy時(shí),苯乙烯形狀記憶聚合物的熱性能、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性都有所提高;輻照劑量增加到1×106Gy時(shí),苯乙烯形狀記憶聚合物的化學(xué)組成不變,但交聯(lián)密度降低,材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、靜態(tài)力學(xué)性能和形狀記憶行為變化不明顯;輻照劑量增加到5×106Gy后,聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能急劇下降。據(jù)此,苯乙烯形狀記憶聚合物能承受1×106Gy的γ-射線輻照。進(jìn)一步研究表明,聚合物的耐輻照性能隨交聯(lián)劑用量增加而提高

5、;相同交聯(lián)劑用量時(shí),隨共聚單體含量的增加而降低。
　　最后,研究了苯乙烯形狀記憶聚合物的光驅(qū)動(dòng)和磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。光驅(qū)動(dòng)方面,通過對(duì)三種光纖傳光驅(qū)動(dòng)的研究,發(fā)現(xiàn)表面處理過光纖作為光能傳播通道的方式驅(qū)動(dòng)效率最高。表面處理的光纖埋覆在形狀記憶聚合物中,把驅(qū)動(dòng)光定向、定點(diǎn)地傳輸?shù)街付ㄎ恢?驅(qū)動(dòng)該處形狀記憶聚合物回復(fù)初始形狀,這種驅(qū)動(dòng)方式效率高、能量損耗少、對(duì)周圍環(huán)境影響小、傳輸距離遠(yuǎn)且抗干擾能力強(qiáng)。磁驅(qū)動(dòng)方面,鎳粉填充的苯乙烯形狀記憶復(fù)合材料具

6、有良好的磁場(chǎng)響應(yīng)特性,可以在磁場(chǎng)作用下進(jìn)行材料的預(yù)變形與形狀固定,再由熱驅(qū)動(dòng)復(fù)合材料回復(fù)初始形狀,完成一個(gè)記憶循環(huán)。通過磁場(chǎng)的反復(fù)開閉,可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的雙向驅(qū)動(dòng)。研究中還發(fā)現(xiàn),只有填充表面處理過鎳粉的復(fù)合材料才對(duì)磁場(chǎng)做出響應(yīng),而且響應(yīng)速率與鎳粉的添加量成反比。這點(diǎn)從處理前后鎳粉表面的X-光電子能譜分析(XPS)以及復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)分析結(jié)果得到了解釋。XPS分析表明,鎳粉表面處理后,其上化學(xué)吸附了偶聯(lián)劑分子;在樹脂固化的過程中,偶聯(lián)劑分