形状记忆高分子材料

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1、形状记忆高分子材料（SMP）的综述高分子0801田志强19号20世纪60年代初，英国科学家A.Charlesby在其所著的《原子辐射与聚合物》中，首次报道了经辐射交联后的聚乙烯具有记忆效应。当时这种发现并没有引起人们的足够的重视。随后美国国家航空航天局（NASA）考虑其在航空航天领域的潜在应用价值，对不同牌号的聚乙烯辐射交联后的记忆特性又进行了研究，证实了辐射交联聚乙烯的形状记忆性能。70年代末到80年代初，美国Raychem，RDI(RadiationDynamicsInc.)公司进一步将交联聚烯烃类形状记忆聚合物商品化，广

2、泛应用于电线电缆，管道的接续与防护，至今F系列战斗机，Boeing飞机上的电线接续与线挽仍在广泛使用这类记忆材料。此外，国内长春应化所，西北核技术研究所等单位80年代后期以来也有研究和生产。形状记忆高分子材料根据其形状回复原理可分为：热感应SMP，电致感应型SMP，光致感应型SMP，化学感应型SMP等：热致型SMP：在室温以上变形，并能在室温固定形变且可长期存放，当温度再升至某一特定响应温度时，制件能很快回复初始形状的聚合物。电致感应型SMP:热致型形状记忆功能高分子与具有导电性能物质（如金属粉末及导电高分子）复合材料。其记忆

3、机理与热致感应型SMP相同该复合材料通过电流产生的热量使体系温度升高，致使形状回复，所以既有导电性能，又有良好的形状记忆功能，主要用于电子通讯及仪器仪表等领域。光致感应型SMP：将某些特定的光致变色集团（PCG）引入高分子主链或侧链中当受到光照射时，POG发生光异构化反应，使分子链的状态发生显著变化，材料在宏观上表现为光致形变;光照停止时，PCG发生可逆的光异构化反应，分子链的状态回复，材料也回复其初始形状。该材料用作印刷材料，光记录材料，“光驱动分子阀”和药物缓释剂等。化学感应型SMP利用材料周围介质性质的变化来激发材料变形

4、和形状回复。常见的化学感应方式有PH值变化，平衡离子置换，螯合反应，相转变反应和氧化还原反应等，这磊物质有部分皂化的聚丙烯酰胺，聚乙烯醇和聚丙烯酸混合物薄膜等。该材料用于蛋白质或酶的分离膜，何等特殊领域。形状记忆原理：形状记忆性是指某种材料在成型加工过程中形成某种固有形状的物品，在某些条件下发生变形并被固定下来后，当需要它时只要对它施加一定手段（如加热，光照，通电，化学处理等），使其迅速恢复到初始形状。也就是说，具有形状记忆性的物质就像有生命的东西，当其在成型加工中被塑造成具有某种固有的初始形状的物品后，就对自己所获得的这种初

5、始形状始终保持有终生记忆的特殊功能，即使在某些情况下被迫改变了本来面目，但只要具备了适当的条件，就会迅速恢复到原有的初始形状。这种可逆性的变化可循环往复许多次，甚至几万次。高分子材料的形状记忆性，是通过它所具有的多重结构的相态变化来实现，如结晶的形成与熔化，玻璃化与橡胶态的转化等。迄今开发的形状记忆高分子材料都具有两相结构，即能够固定和保持其成型物品固有初始形状的固定相以及在一定条件下能可逆地发生软化与固化，从而获得二次形状的可逆相。这两相结构的实质就是对应着形状记忆高分子内部多重结构中的结点（如大分子键间的缠绕处，聚合物中的

6、晶区，多相体系中的微区，多嵌段聚合物中的硬段，分子键间的交联键等）和这些结点之间的柔性连段。形状记忆高分子材料种类及其应用：1交联聚烯烃：聚烯烃类聚合物多为结晶性的高分子材料，利用物理如辐射交联或化学方法交联后，聚合物被加热到其熔点以上时不再熔融，而是呈高弹态，因此，可以施加外力使其变形，在其变形状态下冷却后，结晶付出，冻结应力。当再加热到熔点以上时，结晶熔化，应力释放，材料恢复到原来的赋型状态，完成一个记忆循环。常见的制备形状记忆材料的聚烯烃类聚合物有聚乙烯。乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA），聚氯乙烯，聚偏氯乙烯，聚四氟乙烯等

7、。他们的响应温度依聚合物种类的不同有很大差异，从80摄氏度的到180度不等，因而具有不同的用途。例如含氟聚合物类形状记忆材料的响应温度高，可以应用在需要耐高温，耐腐蚀的场合。EVA的收缩温度低，可以应用在电子仪表等领域。目前生产量最大的是交联聚乙烯类形状记忆聚合物，它已被广泛应用于电线电缆，化工管道的连接与保护，在仪表保护，家用电器等领域也有应用。2聚氨酯：由芳香族的二异氰酸酯与具有一定分子量的端羟基聚醚或聚酯反应生成氨基甲酸酯的预聚体，在用多元醇如丁二醇等扩链后可生成具有嵌段结构的聚氨酯。这种嵌段聚氨酯分子的软段部分和硬段部

8、分的聚集状态，热行为等是不一样的。其中由线性聚酯或聚醚构成的软段部分的玻璃化温度较低，并具有一定的结晶度，且熔点不高，而作为硬段的氨基甲酸酯链段聚集体由于其分子间存在着氢键，因而具有较高的玻璃化转变温度。由于聚氨酯分子结构的这种异同性，导致分子间的相分离。这种两相结构赋予聚氨