具有自修复功能的形状记忆聚合物的制备及性能表征

摘要

当今时代,科学技术飞速发展,人类社会日新月异,各种新型材料不断涌入人类的生产和生产中,材料的智能化和多元化发展已经成为不可阻挡的历史趋势。形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer,SMP)以其独特的形状记忆效应成为智能材料中的佼佼者,并广泛应用于航空航天、生物医学、纺织、土木工程等诸多领域。但是SMP难以摆脱聚合物材料自身存在的在使用过程中容易出现损伤、微裂纹等破坏的缺点,这就导致了SMP优异的形状记忆效应得不到充分的发挥。基于此,本文研制了一种具有自修复功能形状记忆聚合物,它可以实现对材料中裂纹的修复,这为延长SMP的使用寿命,确保其优异性能的充分发挥提供了现实的可能性。
　　本文以形状记忆环氧聚合物(SMEP)为基体,以聚己内酯(PCL)为修复剂,制备了一种具有自修复功能的形状记忆聚合物。并通过差示扫描量热测试(DSC)、热失重分析(TGA)、动态热机械性能测试(DMA)、形状记忆性能测试、单边缺口梁弯曲法(SENB)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)测试对所制备的材料进行了热学性能、热机械性能、形状记忆性能的测试与表征,并详细分析了所制备材料的自修复性能及自修复机理。
　　研究发现,所制备的材料具有优异的热学性能,其玻璃化转变温度玻璃化转变温度(Tg)变化范围为90℃~145℃,热分解温度起始温度(TD)均高于280℃,耐热性能较好。同时,具有较好的热机械性能,低温时,其弹性模量最高可达3GPa,而在玻璃化转变重点时仍可达100MPa。所制备的自修复形状记忆聚合物具有显著的粘弹性,当温度等于Tg或高于Tg时,所制备的材料表现出较好的形状记忆功能,其形状固定率高于98％,形状回复速度较快,且形状回复率大于80%。
　　通过对所制备材料自修复机理分析发现,自修复功能的实现是利用材料在固化反应时微相分离状态的出现及热塑性PCL的可塑性实现的。自修复性能测试表明,当PCL含量为23.3%,其平均自修复效率可达67.87%,最高修复效率可达69.33%,经过3次加热修复循环后,其平均自修复效率仍可达到39.22%,表明了所制备材料的自修复性能具有一定的可重复性。

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第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2形状记忆聚合物概述

1.3聚合物基自修复材料的研究进展

1.4具有自修复功能的形状记忆聚合物研究现状

1.5本文的主要研究内容

第2章 实验材料及测试方法

2.1本文研究方案

2.2主要实验原料及设备仪器

2.3具有自修复功能的形状记忆聚合物的制备

2.4材料测试与表征

2.5本章小结

第3章 自修复形状记忆聚合物热性能和形状记忆性能分析

3.1引言

3.2自修复形状记忆聚合物的热学性能表征

3.3动态热机械性能分析

3.4形状记忆性能测试

3.5本章小结

第4章 自修复形状记忆聚合物自修复性能的测试与分析

4.1引言

4.2自修复机理

4.3自修复功能的测试

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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