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變形和形狀回復兩個部分組成。預變形,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,通常是使用熱介質—熱空氣或熱液—驅動其由玻璃態(tài)轉變?yōu)楦邚棏B(tài),進而回復初始形狀。這種變形方式和回復方式在實施過程中存在許多不便之處,而且對周圍環(huán)境影響大,驅動效率低。
　　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動方式以及磁場作用下的非接觸式預變形方式。
　　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變溫度和較高的熱分解溫度;并表現(xiàn)出良好的力學性能和優(yōu)異的形狀記憶性能。當驅動溫度等于或大于其玻璃化轉變溫度時,苯乙烯

3、形狀記憶聚合物的形狀回復率大于95％,而且形狀回復迅速。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。從活化能的角度對形狀記憶聚合物的回復速率隨溫度升高而加速的現(xiàn)象進行了分析,運用阿倫尼烏斯公式從理論上進行了驗證,發(fā)現(xiàn)結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速率之間的相互關系。
　　其次,對苯乙烯形狀記憶聚合物的耐γ-射線輻照性能進行了深入研究。發(fā)現(xiàn)γ-射線輻照劑量低于1×

4、105Gy時,苯乙烯形狀記憶聚合物的熱性能、動態(tài)力學性能和熱穩(wěn)定性都有所提高;輻照劑量增加到1×106Gy時,苯乙烯形狀記憶聚合物的化學組成不變,但交聯(lián)密度降低,材料的動態(tài)力學性能、玻璃化轉變溫度、靜態(tài)力學性能和形狀記憶行為變化不明顯;輻照劑量增加到5×106Gy后,聚合物玻璃化轉變溫度、熱穩(wěn)定性和動態(tài)力學性能急劇下降。據此,苯乙烯形狀記憶聚合物能承受1×106Gy的γ-射線輻照。進一步研究表明,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,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動和磁場驅動。光驅動方面,通過對三種光纖傳光驅動的研究,發(fā)現(xiàn)表面處理過光纖作為光能傳播通道的方式驅動效率最高。表面處理的光纖埋覆在形狀記憶聚合物中,把驅動光定向、定點地傳輸到指定位置,驅動該處形狀記憶聚合物回復初始形狀,這種驅動方式效率高、能量損耗少、對周圍環(huán)境影響小、傳輸距離遠且抗干擾能力強。磁驅動方面,鎳粉填充的苯乙烯形狀記憶復合材料具

6、有良好的磁場響應特性,可以在磁場作用下進行材料的預變形與形狀固定,再由熱驅動復合材料回復初始形狀,完成一個記憶循環(huán)。通過磁場的反復開閉,可實現(xiàn)復合材料的雙向驅動。研究中還發(fā)現(xiàn),只有填充表面處理過鎳粉的復合材料才對磁場做出響應,而且響應速率與鎳粉的添加量成反比。這點從處理前后鎳粉表面的X-光電子能譜分析(XPS)以及復合材料的動態(tài)力學分析結果得到了解釋。XPS分析表明,鎳粉表面處理后,其上化學吸附了偶聯(lián)劑分子;在樹脂固化的過程中,偶聯(lián)劑分