具有形状保持性能的挠性聚合物材料制造技术

提供了具有含一个或多个角位移的三维构造的成形的聚合物材料。所述聚合物材料由包含连续相的热塑性组合物形成，所述连续相包括基体聚合物。微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂以离散区域的形式分散在连续相内，并且在材料中限定出多孔网络。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有形状保持性能的挠性聚合物材料 相关申请 本申请要求于2013年8月9日提交的序列号为61/863, 936的美国临时申请和于 2013年11月22日提交的序列号为61/907, 592的美国临时申请的优先权，将其全部内容引 入本文作为参考。 发曰月背景 聚合物材料常规地用于各种制品中以提供使用其他类型的材料不容易实现的程 度的功能性（例如，屏障性能、强度、绝热性等）。这些传统的"高功能性"聚合物材料反复 出现的问题之一是它们通常太硬。例如，流体管可以由刚性性质的聚合物材料形成，以在管 的寿命期间提供强度和坚固性。然而，这些刚性材料的一个共同问题是难以将其操作成不 同的形状或方向，而这是安装过程中经常需要的。使用目前可用的组件，使用者必须组装多 个管段和接头以形成成角度的路径。因此，目前需要这样的改进的聚合物材料，其是容易定 位的，并且仍然具有用于期望的应用的足够的强度和硬度。 专利技术概沐 根据本专利技术的一个实施方案，公开了成形的聚合物材料，所述聚合物材料具有含 一个或多个角位移的三维构造。所述聚合物材料由包含连续相的热塑性组合物形成，所述 连续相包括基体聚合物。微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂以离散区域的形式分散在 所述连续相中，并且在材料中限定出多孔网络。 下面更加详细地讨论本专利技术的其它特征和方面。 附图简要说明 参照附图，在说明书的剩余部分中更具体地阐述针对本领域普通技术人员而言本 专利技术的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳方式，其中： 图1是本专利技术的成形的聚合物材料的一个实施方案的顶视图； 图2是图1的成形的聚合物材料的侧视图； 图3是图1的成形的聚合物材料的透视图； 图4是本专利技术的成形的聚合物材料的另一个实施方案的透视图； 图5是本专利技术的成形的聚合物材料的又一个实施方案的透视图； 图6-7是实施例1的未拉伸的膜的SEM显微照片，其中在图6中膜在垂直于机器 方向被切割，以及在图7中膜在平行于机器方向被切割；和 图8-9是实施例1的拉伸的膜的SEM显微照片（膜在平行于机器方向的取向被切 割）。 图10-11是实施例2的未拉伸的膜的SEM显微照片，其中在图10中膜在垂直于机 器方向被切割，以及在图11中膜在平行于机器方向被切割； 图12-13是实施例2的拉伸的膜的SEM显微照片（膜在平行于机器方向的取向被 切割）； 图14-15是可以用于进行本文所述的弯曲保持测试的示例性测试装置的照片；和 图16-18是可以用于进行本文所述的扭曲保持测试的示例性测试装置的照片。 在本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在代表本专利技术的相同或类似的特 征或元件。 代表件实施方案的详细描沐 现在将详细参照本专利技术的各种实施方案，其一个或多个实例在以下阐述。每个实 施例以解释本专利技术而不是限制本专利技术的方式提供。事实上，对本领域技术人员显而易见的 是，在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可以在本专利技术中做出各种修改和变化。例如， 作为一个实施方案的部分说明或描述的特征，可以用于另一个实施方案以产生又一个实施 方案。因此，本专利技术旨在覆盖落入所附权利要求及其等价方案的范围内的这样的修改和变 化。 -般来说，本专利技术涉及这样的聚合物材料，其是挠性的，并且还能够在经历物理形 变（例如，弯曲、折叠、扭曲等）后保持特它的形状。这些独特的属性可以允许材料在其成 形或使用过程中被更加容易地操作成不同的形状。例如，聚合物材料可以物理地形变（例 如，弯曲、扭曲等）为具有一个或多个角位移的三维构造。所述角位移可以例如为约5°至 约250°，在一些实施方案中为约10°至约200°，在一些实施方案中为约20°至约180°， 和在一些实施方案中为约30°至约120°。在某些实施方案中，三维构造可以具有多个角 位移（例如，2、3、4个等），其可以位于相同或不同的平面。 不论形变的具体方式如何，所产生的聚合物材料能够保持它的形变的形状。材料 的该形状保持性能可以表征为约〇. 1至1，在一些实施方案中约〇. 2至约0. 95,在一些实施 方案中约0. 4至约0. 9,和在一些实施方案中约0. 5至约0. 8的弯曲保持指数和/或扭曲 保持指数。如以下更详细地描述的，"弯曲保持指数"由弯曲释放角除以弯曲角来测定，其 中"弯曲角"是材料在经受弯曲力（例如，9. 90千克-力/厘米）30秒后的角度，如沿着与 材料的纵向维度垂直的线，并且"弯曲释放角"是材料在力释放30秒后的角。同样地，"扭 曲保持指数"由扭曲释放角除以扭曲角来测定，其中"扭曲角"是材料经受逆时针方向的力 (例如，3. 50千克-力/厘米）30秒后的角，如沿着与材料的纵向维度平行的线，并且"扭曲 释放角"是材料在力释放30秒后的角。当然，虽然能够保持其形状，本专利技术的关键益处是该 构造不是永久的。完全相反的是，即使在其形变成特定形状后，如果期望如此，聚合物材料 在其后可以形变成其他形状。因此，聚合物材料可以容易成形和再成形为几乎任何三维构 造。 可以通过选择性控制材料形成的方式实现单一的单片聚合物材料的挠性和形状 保持性能的独特组合。更具体地，聚合物材料由包含连续相的热塑性组合物形成，所述连续 相包括基体聚合物、微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂。可以选择添加剂以使其具有 与基体聚合物不同的弹性模量。以该方式，微米包含物和纳米包含物添加剂可以分别作为 离散的微米级和纳米级相区域分散在连续相内。当在使用材料之前和/或之后经受形变应 变时，由于材料的不相容性引起的应力集中，在微米级离散相区域附近可以形成加强的局 部剪切区域和/或应力强度区域（例如，法向应力）。这些剪切和/或应力强度区域可以导 致在邻近微米级区域的聚合物基体中的一些初始剥离。然而，显著地，局部剪切和/或应力 强度区域还可以在与微米级区域重叠的纳米级离散相区域附近产生。这样的重叠剪切和/ 或应力强度区域导致在聚合物基体中发生甚至进一步的剥离，从而在纳米级区域和/或微 米级区域附近产生大量的孔。 因此可以在聚合物材料内形成多孔网络。在该网络内的大部分的孔可以具有"纳 米级"尺寸（纳米孔），如平均横截面尺寸为约800纳米或更小，在一些实施方案中为约5 至约250纳米，和在一些实施方案中为约10至约100纳米的那些。术语"横截面尺寸"一 般是指孔的特征尺寸（例如，宽度或直径），其基本上正交于其主轴（例如，长度）并且还通 常基本上正交于在变形过程中施加的应力的方向。这样的纳米孔可以例如，占聚合物材料 中的总孔体积的约15vol. %或更多，在一些实施方案中约20vol. %或更多，在一些实施方 案中约30vol. %至100vol. %，和在一些实施方案中约40vol. %至约90vol. %。 如上所述，在变形过程中产生的重叠的剪切和/或应力强度区域可以导致邻近纳 米级区域和/或微米级区域的孔的形成。由于材料的独特性质和其形成的方式，孔可以变 得分布在一般地垂直于应变方向延伸的交替的带状区域内，聚合物基体的脊位于所述交替 的带状区域之间。脊可以保持相对非空化和坚硬。然而，聚合物基体还可以在带状区域中 形成桥，所述桥的性质由于其中高浓度的孔而保持相对挠性。这些特征的组合可以产生这 样的材料，其由于刚性脊的存在而具有结构完整性，还由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有含一个或多个角位移的三维构造的成形的聚合物材料，其中所述聚合物材料由包含连续相的热塑性组合物形成，所述连续相包括基体聚合物，以及进一步地，其中微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂以离散区域的形式分散在所述连续相中，并且其中在材料中限定出多孔网络。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·A·托波尔卡雷夫，R·J·麦克尼尼，N·T·肖勒，
申请(专利权)人：金伯利克拉克环球有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US