形状记忆材料杜仲胶的特性及研究进展

从介绍形状记忆高分子材料定义及分类出发，引入了形状记忆高分子材料杜仲胶的记忆类型。深入分析了杜仲胶形状记忆材料的记忆原理；概括叙述了形状记忆材料杜仲胶的研究现状及应用；并对形状记忆高分子材料杜仲胶的发展趋势进行了展望。     

杜仲胶记忆材料的性质与应用

系统地研究了形状记忆材料的主要化学性质及物理力学性质,给出了材料的临界记忆温度和各种强度指标。根据材料的特点,本文列举了其在工业生产、医疗卫生及科学研究方面的应用。     

液体杜仲胶的制备

采用间接氧化法降解杜仲胶(EUG),制备室温下可流动杜仲胶。首先采用乳液法对杜仲胶进行环氧化改性制备了环氧化杜仲胶(EEUG),进而用强氧化剂高碘酸实现氧化降解,制备了数均相对分子质量M_n≤10000、端基为醛基和酮基的液体杜仲胶(LEEUG)。利用红外光谱(IR)、核磁共振(¹H-NMR和¹³C-NMR)、凝胶渗透色谱、差示扫描量热分析、热重分析及旋转流变仪等研究了环氧度、降解反应时间和高碘酸用量对产物相对分子质量及其分布的影响以及降解产物的结构和性能。结果表明,降解反应温度30℃,降解时间6 h,n_H5IO6∶n_C=C=0.03条件下可得到数均相对分子质量8000～10000的LEEUG。IR、¹H-NMR和¹³C-NMR结果表明高碘酸通过进攻环氧基团,而非碳碳双键,使其开环断链,生成端基为醛基与酮基的LEEUG。环氧基团的含量对LEEUG的相对分子质量几乎没有影响,但可通过调控环氧度调...     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的形状记忆效应

为推动形状记忆聚合物在空间等极端恶劣环境中的应用,以超薄碳纤维增强聚醚醚酮(Carbon fibers reinforced polyether-ether-ketone,CF/PEEK)预浸料为实验对象,采用薄膜叠层与热压成型工艺制备厚度为0.036 mm超薄预浸料的层合片材,研究了其在热应力驱动下的形状记忆行为。结果表明,在320℃加热-冷却热循环温度场的作用下,CF/PEEK复合材料超薄层合板的初始变形的形状回复率近似可达100%,当变形循环达到100次时,其形状回复率仍然可以保持在90%以上。此外,根据层合板变形的温度与应力-应变关系,解释了CF/PEEK复合材料的热应力驱动变形机制。在此基础上,改变CF/PEEK层合板厚度进行仿真设计,实现了初始状态与深海珊瑚形状、立方体、灯笼草形状之间的变形与回复。利用记忆变形产生的机械夹紧力,完成了硬币抓取实验,验证了CF/PEEK复合材料在主动变形结构应用的可行性。      

杜仲胶接枝甲基丙烯酸丁酯的合成与表征

采用溶液聚合工艺,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,成功制备了杜仲胶(EUG)和甲基丙烯酸丁酯的接枝共聚产物(EUG-g-BMA)。利用凝胶渗透色谱、核磁共振和红外光谱(IR)研究了接枝反应条件,如单体浓度、反应温度、引发剂浓度等对接枝共聚反应和接枝效率的影响。用差示扫描量热分析(DSC)研究了接枝率对产物熔融-结晶行为的影响。结果表明,当m(BPO)∶m(BMA)=0.05时,BMA浓度对接枝率和单体转化率影响明显,过高的反应温度导致交联产物的生成。IR谱图中1667 cm~(-1)处碳碳双键吸收峰的消失说明接枝反应发生在碳碳双键上。接枝改性导致杜仲胶分子链的结晶能力减弱。随着接枝率增加,产物的熔融温度和结晶温度向低温方向移动,结晶度降低;当接枝率达到17.6%时,DSC曲线上既不呈现熔融峰,也没有结晶峰,说明此时EUG-g-BMA已经完全失去结晶能力。     

杜仲胶/环氧树脂防腐涂料的制备与性能

采用乳液法对杜仲胶(EUG)进行环氧化,将得到的环氧杜仲胶(EEUG)与环氧树脂(E44)共混作为成膜物质,以乙酸乙酯为溶剂制作防腐涂料;通过改变杜仲胶环氧度以及基体配比(EEUG/E44)的方式进行涂敷,并对其进行红外光谱、核磁共振、电化学阻抗、附着力测试以及盐雾腐蚀试验等一系列表征。红外光谱分析和核磁共振分析表明成功制得了EEUG并计算出其环氧度;电化学阻抗分析、附着力分析、涂层形貌分析和耐盐雾分析表明使用环氧度低的EEUG涂层附着效果更佳,防腐性能更好。结果表明:适当添加EEUG可以增强涂层与金属基体的作用力并能有效延缓涂层的腐蚀;成膜物质的最佳配比为0. 5/1(EEUG/E44)。     

杜仲胶/天然橡胶并用硫化胶的力学性能

采用常规硫化方法,将杜仲胶(EUG)与天然橡胶(NR)共混硫化,研究不同EUG含量对并用硫化胶的力学性能、应力软化效应及动态力学性能的影响;并通过差示扫描量热法(DSC)对内部结晶进行表征,通过扫描电子显微镜(SEM)对硫化胶拉伸断面进行观察。实验结果表明,加入EUG使得并用硫化胶的断裂伸长率和拉伸强度都有所下降、应力和应变也逐渐降低;100%定伸应力和300%定伸应力增加;应力软化现象提高;玻璃化转变温度(T_g)向低温移动,储能模量降低。通过SEM的观察和DSC测试可知硫化胶内部含有部分结晶。     

基于聚乙二醇的湿致形状记忆织物的制备及性能

采用分子量为1 500的聚乙二醇(PEG1 500)、多元醇醚化2D树脂(LF-2)及催化剂Mg Cl2·6H2O制备湿致形状记忆织物。以织物浸水尺寸收缩率及干态形变回复率对湿致形状记忆性能进行表征,利用傅立叶-红外光谱仪、SEM对湿致形状记忆织物的FT-IR光谱及纤维表面形态分析,并对湿致形状记忆机理进行探讨分析。研究结果表明,PEG1 500与纤维及树脂间形成了—C—O—C—化学交联,织物在浸水-烘干循环中浸水尺寸收缩率可达12%,干态形变回复率可达80%,有较好的湿致形状记忆性能;织物拉伸弹性及甲醛含量降低的同时,其抗起毛起球效果及吸湿性得到改善。     

Fe-Mn-Si-Cr-Ni-C系形状记忆合金时效效果的研究

通过SEM分析，研究了时效后不同成分Fe-Mn-Si-Cr-Ni-C系形状记忆合金形状记忆效应和微观组织，在1123K时效时，超低碳合金1的形状回复率随时效时间的增加一直呈直线上升的趋势，含碳0．18％合金2的形状回复率随时效时间的增加而增加，在300min达到最大值后将随时间的进一步增加而缓慢下降，SEM分析发现在合金2的晶界和晶内析出富铬，富锰和富硅的合金碳化物，而合金1仅在晶界有第二相析出，且第二相成分不同于合金2中的，合金2中第二相粒子的长大速度显著高于合金1中第二相粒子的长大速度，且数量也多得多，通过时效强化奥氏体基体，可显著提高合金的形状记忆效应。     

时效工艺对Fe-14Mn-5Si-8Cr-4Ni-0.2C合金形状记忆效应的影响

研究了时效工艺对Fe-14Mn-5Si-8Cr-4Ni-0.2C合金形状记忆效应和微观组织的影响，研究结果表明，变形后再时效对合金形状记忆效应的提高比不变形直接时效的显著得多，变形后时效将合金的形状回复率提高了190％，而直接时效只提高了83％，经SEM和TEM分析发现，同样时效时间下，与直接时效相比，变形后再时效一方面不仅减少了碳化物的析出数量，抑制了碳化物粒子的长大；另一方面还使第二相粒子主要在晶界上析出，而不是在晶内，正是这两方面的原因导致变形后时效对合金形状记忆效应的提高比不变形直接时效的高得多。     

纤维素/琼脂糖复合膜的制备、表征及其形状记忆性能研究

近年来,形状记忆材料因其刺激响应性在纺织、航空航天、生物医疗等领域备受关注.在此,采用碱/尿素水溶液作为共溶剂,环氧氯丙烷作为交联剂,制备出具有水、热刺激形状记忆性能的纤维素/琼脂糖复合膜.该膜显示出良好的透明度和力学性能,透光率超过90％,干强和湿强可达132和5.4 MPa.同时,该膜在水刺激下的固定率(Rf)和回...     

多孔Ni-Mn-Ga-Co磁性形状记忆合金的制备及磁学特性研究

首先采用球磨法制备了不同粒度的Ni-Mn-Ga-Co合金粉末,然后通过3D打印技术成功制备了泡沫结构的多孔Ni-Mn-Ga-Co磁性形状记忆合金。利用SEM、DSC和XRD等研究了合金的微观组织特征、物相结构、相变特性和相关的磁性行为。结果表明,球磨后经过分筛得到的不同粒径尺寸的合金粉末均为不规则形状。Ni-Mn-Ga-Co合金粉末在室温下为非调制四方马氏体结构,其特征峰十分明显。Ni-Mn-Ga-Co合金的DSC曲线上出现宽峰相变,添加Co元素对马氏体转变温度开始值(Ms)基本没有影响,但其居里温度(Tc)有显著的提高。采用粒径为50~100μm的合金粉末烧结制备的磁性合金,饱和磁化强度最大可达68 Am^2/kg。合金粉末粒径越小,烧结制备的多孔Ni-Mn-Ga-Co磁性形状记忆合金致密度越高。当合金粉末粒径<50μm时,致密度可达90%;当合金粉末粒径为50~100μm时,致密度仅为75%。相较于粒径较小的合金粉末,粒径较大的合金粉末制备的磁性合金磁感生应变能力更高,这是由于泡沫结构能够有效减少内部和外部的约束,从而有利于提高磁场诱导应变。     

形状记忆聚合物纤维及增强复合材料的研究进展

形状记忆聚合物纤维及增强复合材料是从形状记忆聚合物中发展起来的一种新型智能材料.它除了具有质量轻便、价格低廉、变形能力优异、模量变化可逆、驱动方式多样、设计结构简单等优点,还具备弹性模量较高、回复应力较大等特点,有效地弥补了传统形状记忆聚合物的不足.首先概述了形状记忆聚合物纤维及纤维增强形状记忆聚合物复合材料的驱动方法...     

高通量合成方法制备球霞石相CaCO3材料及表征

高通量合成CaCO_3方法为该材料的工业生产提供一定的理论基础,其目的是为了获得粒度分布均匀、比表面积高、球霞石相含量高的花蕊状CaCO_3.利用高通量合成材料的优势,设计并构建了自动加注试剂、独立控温及控速的高通量自动合成装置,并进行了合成CaCO_3的工作.以氯化钙、碳酸钠、咖啡酸为原料,在同一时间内完成不同实验条件下CaCO_3的合成,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、激光粒度仪,对样品的结构、形貌、粒径分布进行表征和分析,并利用高通量合成实验方法进行CaCO_3合成优化实验.结果表明:在水和乙醇分别作为溶剂时,合成球霞石相(晶形)CaCO_3的含量不同.即咖啡酸浓度20 mg/mL(乙醇为溶剂,10 mL)、CaCl_2与Na_2CO_3的物质的量之比为3∶1时,合成粒度分布均匀、花蕊状、球霞石相(晶形)含量高达98.31%、比表面积为51.9 m~2/g的CaCO_3材料.与传统合成实验方法相比,高通量合成将会缩短研发及合成时间.     

脉冲电场对FeMnSiCr形状记忆合金凝固组织及形状记忆效应的影响

研究了脉冲电场对FeMnSiCr合金凝固组织和形状记忆效应的影响.发现脉冲电场作用于FeMnSiCr合金凝固过程将使合金凝固组织的晶粒得到细化,分析认为柱状晶的存在使形状记忆效应明显提高.在脉冲电压为250V、频率为3Hz的条件下,贴近极冷区,FeMnSiCr合金的形状记忆效应最好.     

PMMA/CaCO3纳米复合材料的制备与性能

用硅烷偶联剂KH-570对纳米CaCO3表面进行改性处理,采用原位聚合法制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/CaCO3纳米复合材料,用溶解实验、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)等方法对纳米CaCO3粒子和PMMA基体之间的界面相容性进行了表征,考察了复合材料的力学性能.结果表明,纳米CaCO3在基体中可能起到...     

Effects of initial structure on the shape memory properties of Ti50Ni25Cu25 ribbons

The effect of annealing temperature and initial structure (amorphous and fully crystallized) on shape memory properties of Ti₅₀Ni₂₅Cu₂₅ melt-spun ribbons was studied by using DSC and thermomechanical analyzer (TMA). M_s of the annealed ribbons increased with the annealing temperature below 550 °C. It decreased with annealing temperature above 550 °C. The fully crystallized as-spun ribbon showed the highest shape recovery strain under 45 MPa. With the increase of annealing temperature the recovery strain of the two ribbons decreased significantly.     

剪切增稠胶/碳酸钙复合材料的制备及其抗冲击性能研究

为了提升人体防护装备的轻便性和灵活性,以剪切增稠胶(STG)为基体,并用纳米CaCO₃对其进行补强,制备了缓冲吸能性能优异的剪切增稠STG/CaCO₃复合材料,研究了CaCO₃含量和粒径对STG剪切增稠性能的影响。结果表明:添加CaCO₃后复合材料的最大储能模量比未添加时增加455%;添加的CaCO₃粒径越小,复合材料的剪切增稠性能越优异。通过落锤冲击实验表征了复合材料的抗冲击性能,CaCO₃的填充可使复合材料在具有最小变形量的情况下吸收更多的冲击力。探究了STG剪切增稠和CaCO₃补强的作用机理,指出剪切增稠现象是由交联键的形成和分子链的缠结作用产生的,CaCO₃通过吸能阻裂,分散冲击力产生补强作用。