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高分子基形状记忆复合材料的制备与性能研究

高晗  
【摘要】:形状记忆高分子作为一类优异的智能材料,其最重要的特性是能够记忆其在加工成型时的初始形状,在特定条件下可被赋予一定临时形状,并能够在适当刺激(如温度、溶剂、pH、光、电磁场等)下恢复至其初始形状。相较于传统的形状记忆材料,高分子形状记忆材料通常具有以下优点,包括制备工艺流程成型性好、结构多样化、质轻、高形变量、高回复、低残余等特性,在生物医疗、航空航天、智能纺织、自修复材料、高性能传感器等领域有十分广阔的应用前景。杜仲胶作为一类生物亲和性优异的高分子材料,其现阶段最优的发展途径即为形状记忆材料的研发应用。本文主要探究了填料对杜仲胶基形状记忆材料性能的影响,共混比、硫化体系、相容剂对杜仲胶/聚己内酯形状记忆复合材料性能的影响,共混比对杜仲胶/微晶纤维素以及杜仲胶/聚乙二醇双刺激响应形状记忆复合材料性能的影响,并对材料的硫化特性、结晶性能、力学性能、交联特性、形状记忆性能进行系统性的分析,研究材料的微观相结构与宏观性能之间的关系。本文的研究内容如下:首先,我们探究了甲基丙烯酸锌(ZDMA)和碳纳米管(CNTs)对TPI(反式-1,4-聚异戊二烯)体系力学、结晶、形状记忆等性能的影响。结果表明:直接添加ZDMA时,ZDMA的加入可以有效地提升体系的力学强度,但随着DCP(过氧化二异丙苯)用量的增加,TPI体系的力学性能呈下降趋势;同时体系的结晶度变化与DCP用量呈反比;当DCP用量为0.2份时,TPI体系有着最佳的形状记忆性能。原位生成ZDMA时,ZDMA的原位生成同样可以有效地提升体系的力学强度,但随着DCP用量的增加,TPI体系的力学性能呈下降趋势;体系的结晶度变化与DCP用量呈反比;当DCP用量为0.1份时,体系有着最佳的形状记忆性能。添加CNTs可以显著提升材料的力学性能,同时保持体系的优异形状记忆性能,体系的结晶度变化与CNTs用量呈正比,当CNTs的用量为1份时,材料的综合性能最佳。其次,我们探究了硫化剂、相容剂及共混比对TPI/PCL(聚己内酯)体系的力学、结晶及形状记忆等性能的影响。结果发现:固定PCL/TPI共混比为80/20时,随着BPO(过氧化二苯甲酰)用量的上升,体系的拉伸强度、扯断伸长率上升,撕裂强度、100%定伸应力下降,体系结晶度呈下降趋势,材料的形状记忆性能在BPO用量为2份时达到最佳。加入相容剂聚环辛烯(PCO),可以有效地改善两组分相容性,材料的力学性能和形状记忆性能均有整体提升。固定硫化剂BPO用量的情况下,随着PCL用量的降低,材料的力学性能呈下降趋势;体系的结晶度变化随着PCL用量呈先增后减趋势,当PCL/TPI的共混比为80/20时,材料具有最佳的形状记忆性能。最后,我们分别探究了共混比对TPI/MCC(微晶纤维素)和TPI/PEO(聚环氧乙烷)双刺激相应形状记忆材料力学、结晶、双刺激形状记忆等性能的影响。结果显示:在TPI/MCC体系中,采用DCP作为硫化体系,随着亲水材料MCC的用量逐渐上升,材料的力学性能有一定程度的下降,但同时赋予材料优异的亲水性,使得材料具有水、热双响应形状记忆性能。在TPI/PEO体系中,采用DCP作为硫化体系,随着吸水材料PEO的用量逐渐上升,体系的力学性能保持较为良好,同时赋予了优异的吸水性能,使得体系具有良好的水、热双响应记忆性能。


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