双向形状记忆聚合物复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有双向形状记忆效应的聚合物复合材料及其制备方法，其特征在于该聚合物复合材料由具有形状记忆功能的聚合物材料与能够主动回复的弹性材料叠加粘和而成；聚合物复合材料具有双向形状记忆效应。该聚合物复合材料的形状记忆回复温度范围大，可以通过选用不同的形状记忆聚合物获得不同形状回复温度的双向形状记忆功能，同时形变量大，具有较好的双向形状记忆功能，而且其双向形状记忆性能可以通过调节形状记忆聚合物厚度与弹性材料的厚度等获得；另外该聚合物复合材料耐腐蚀，电绝缘性和保温效果好，质量轻，加工容易，价格便宜；在纺织，机械，医疗卫生，建筑，玩具等领域都具有广泛的潜在应用价值。

【技术实现步骤摘要】
駄繊本专利技术涉及一种特殊功能复合材料及其制备技术，具体说是一种具有双 向形状记忆功能的聚合物复合材料制备方法；属于新型功能材料、智能材料 领域。
技术介绍
20世纪80年代中期人们提出了智能材料(Smart Materials或者Intelligent Material System)的概念智能材料是模仿生命系统，能感知环境变化并能实 时地改变自身的一种或多种性能参数，作出所期望的、能与变化后的环境相 适应的复合材料或材料的复合。智能材料是一种集材料与结构、智能处理、 执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计与合成 几乎横跨所有的高技术学科领域。形状记忆材料即是一种研究较广泛的智能 材料，它具有一些奇异的性能，如形状记忆效应，伪弹性，高阻尼等，在受 到热、机械、磁或电剌激后，能产生动作或某些规定的响应，使其恢复到原 来的形状或技术参数，如形状、位置、应变、固有频率、刚度、阻尼、摩擦， 以及其他静态动态特性，具有巨大的科学意义和重要的工程意义，是新材料 研究热点之一。目前研究较广的形状记忆材料主要是形状记忆合金，形状记忆陶瓷及形 状记忆聚合物等。其中形状记忆聚合物具有很多其他材料无法比拟的优点， 如形变量大，使用方便；原料充足，品种多，形状记忆回复温度范围宽；质量轻，易包装运输；加工容易，能制成结构复杂的异型品，能耗低；价格便 宜；耐腐蚀，电绝缘性和保温效果好。因此形状记忆聚合物在纺织材料，建 筑材料，机械制造，电子通讯，印刷包装，医疗卫生，日常用品，文体娱乐 等方面都有着广泛应用。与形状记忆合金一样，形状记忆聚合物也具有形状 记忆效应，超弹性效应等特性；但是目前为此，形状记忆聚合物一个严重的 不足，即是聚合物形状记忆材料不具有双向形状记忆效应。因此，开发具有 双向形状记忆效应的形状记忆材料一直是材料工作者研究的重点。目前在很多形状记忆合金中，如InTi、 TiNi、 CuAl、 CuAlNi、 FeNi、 FeMn、 FeMnC、 Fe3Pt、 FeMnSi，都己经发现它们具有双向形状记忆效应；但是它们 通常都要经过一些特殊的记忆训练才能获得，而且受到训练次数、训练温度、 训练时间、训练所施加的应变、是否进行过热循环等因素的影响。因此双向 形状记忆合金材料的应用受到很大的限制，而开发具有双向形状记忆效应的 聚合物材料将具有更广泛的潜在应用价值。近年来，国内外对于形状记忆材料的开发及应用方面的研究十分关注， 专利也在快速增长，但是具有双向形状记忆效应的聚合物材料报道较少。目 前也有人探索利用形状记忆合金材料与聚合物材料复合制备一些具有主动变 形，受热回复的形状记忆合金复合膜；他们利用形状记忆合金的形状记忆效 应与橡胶的弹性回复性能制备了许多能够主动变形的材料或设备。如中国专 利CN2716377Y提出了水平多向隔震、坚向抗拔形状记忆合金-橡胶复合支座 原理及制备方法；中国专利CN1724248A报道了主动变形混合复合材料的制 备方法；另外国内外也多方报道了利用形状记忆合金与聚合物材料或弹性无 机材料制备机械手(中国专利CN1557610A， 2004年12月)，微泵(Journal of Mcroelectromechanical systems, 2002,11 ，1:68， John et.al)的文献或专利。根据 以上报道，我们设计利用形状记忆材料的形状记忆回复与橡胶材料的弹性回 复来实现聚合物材料的双向形状记忆功能。与形状记忆合金材料的双向记忆 功能相比，形状记忆聚合物复合材料具有其突出的优越性能；例如使用形状记 忆合金与橡胶材料的复合仍存在着界面结合问题，需要对合金表面进行特殊处理才能使两种材料牢固复合；而采用形状记忆聚合物制备双向形状记忆材 料则直接粘合而成，既可以得到较大的形变量，也可较容易的实验多种聚合 物的复合。形状记忆材料的研究与应用越来越广泛，但是具有双向形状记忆功能的 聚合物材料的应用非常少；为了进一步发展形状记忆材料，提高形状记忆材 料的应用价值，我们采用复合材料制备技术发展了具有双向形状记忆功能的 聚合物复合材料。该形状记忆复合材料的开发将弥补形状记忆材料没有双向 记忆功能的弱点，同时也提供一种实现双向形状记忆功能的简易制备技术。
技术实现思路
本专利技术目的在于，针对现有技术中的形状记忆材料存在的不足，开发一 种具有双向形状记忆效应的聚合物复合材料；该材料利用形状记忆聚合物随 着温度变化而恢复初始形状的特点及橡胶/弹性体材料变形后具有弹性回复和 /或塑胶薄片弯曲后能够主动回复的特点实现了材料随温度变化发生变形；即升温时聚合物复合材料主动变形，降温时又能够主动回复初始形状，具有多 次往返记忆两种状态形状的双向记忆功能。本专利技术提供的具有双向形状记忆效应的聚合物复合材料，其特征在于 该聚合物复合材料包含至少两层叠加粘合在一起的聚合物，该聚合物中至少 一层是形状记忆聚合物材料；该聚合物中可包含一层弹性体材料和/或一层能 弯曲变形并能主动回复的塑胶薄片；也可以只采用多层形状记忆聚合物叠加。优选地，所述形状记忆聚合物材料是选自聚氨酯、交联聚乙烯、聚降冰片烯、反式聚异戊二烯或苯乙烯-丁二烯共聚物；所述弹性体材料是硬度或模 量介于橡胶与塑料之间，能够弯曲变形也能够延展变形且其变形可以主动回 复的聚合物，优选聚氨酯弹性体树脂、SBS树脂、丙烯-丁烯共聚物、硬质橡 胶或硅橡胶；所述塑胶薄片是室温模量高于500MPa、不易发生延展变形但能 够弯曲形变并能主动回复的塑料薄片，优选硬质聚氨酯薄片、聚酯薄片或尼 龙薄片。优选地，所述聚合物复合材料在低温(Tl)下保持初始形状(U)不变； 在温度高于转变温度(Tt)时发生形状变化，并在高温(T2)范围内保持变 形的形状(L)不变；而且当聚合物复合材料在环境温度从T2降到T1时，在 无外力作用下，能从高温的形状(L)变形回复到低温形状(U)。而所述低温 (Tl)是低于转变温度(Tt)的温度；所述高温(T2)是高于转变温度(Tt) 的温度。优选地，所述形状记忆性能是通过改变外界剌激条件来实现，而且所述 转变条件，例如转变温度(Tt)，主要由聚合物复合材料中的形状记忆聚合物 材料的回复温度(Tr)或其他回复条件决定。优选地，所述聚合物复合材料的双向形状记忆性能可以通过改变形状记 忆聚合物材料厚度、弹性体材料的厚度和/或塑料薄片的弹性、硬度或变形量 来调节。本专利技术还提供一种具有双向形状记忆效应的聚合物复合材料的制备方 法，其特征在于，包括如下步骤1) 提供一层形状记忆聚合物材料，将该形状记忆聚合物材料升温后变 形或改变其他刺激条件后变形，然后降温至室温下或返回初始转变 状态固定变形，放置待用；2) 提供一层弹性体材料或其他能够主动回复的聚合物材料；3) 将上述变形后的形状记忆聚合物材料与能够主动回复的弹性材料粘接在一起，固化，即得。 优选地，上述制备方法中，所述形状记忆聚合物材料是选自聚氨酯、交联聚乙烯、聚降冰片烯、反式聚异戊二烯或苯乙烯-丁二烯共聚物；所述弹性 体材料是硬度或模量介于橡胶与塑料之间，能够弯曲变形也能够延展变形且 其变形可以主动回复的聚合物，优选聚氨酯弹性体树脂、SBS树脂、丙烯-丁 烯共聚物、硬质橡胶或硅橡胶；所述塑胶薄片是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有双向形状记忆效应的聚合物复合材料，其特征在于：该聚合物复合材料包含至少两层叠加粘合在一起的聚合物，其中至少一层聚合物是形状记忆聚合物材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡金莲，陈少军，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]