杜仲胶基形状记忆复合材料的制备与性能研究

摘要

形状记忆聚合物是一种刺激响应型智能材料，它们可以“记忆”一种或多种预先设定的形状，在受到热、电、磁、光、湿度或化学刺激等外界刺激时，材料能够发生较大的可回复变形。形状记忆聚合物具有可回复形变量大，密度低，加工成型容易，性能可调节范围大，回复行为可控性强，成本低等优点，被广泛应用于生物医用材料、航天航空、汽车、纺织以及自修复等领域。杜仲胶便是最典型的一种形状记忆聚合物，以其为基体的新材料开发应用具有很高的战略意义。本文以杜仲橡胶为基体材料制备了一系列热致型形状记忆复合材料，并研究了材料的内部结构、组成与物理机械性能、形状记忆性能之间的关系。本文的主要研究内容如下：
　　首先，我们研究了门尼粘度对杜仲胶材料物理机械性能、形状记忆性能的影响。结果表明：高门尼粘度的杜仲胶与低门尼粘度的杜仲胶相比，在硫化方面，高门尼粘度的杜仲胶的焦烧时间和硫化时间明显较大，最小转矩和最大转矩也明显提高，这说明高门尼材料的加工安全性比低门尼的好，但硫化时间较长；在物理机械性能方面，随硫黄用量的增加，高、低门尼材料的撕裂强度、定伸应力、扯断伸长率的变化趋势类似，但拉伸强度变化正好相反；在热性能方面，升、降温曲线规律一致，但从材料的结晶、熔融焓来看，低门尼材料的结晶度要好；在形状记忆方面，高门尼粘度材料的形状回复率最高可达98.9％，而低门尼粘度材料的形状回复率最高才达到81.4%。
　　其次，我们研究了填料的种类和用量对杜仲胶材料物理机械性能、形状记忆性能的影响，并研究了复合材料的单向和双向形状记忆行为。实验表明：随甲壳素用量的增大，拉伸强度、撕裂强度、扯断伸长率和形状回复率都有所降低；适当的加入碳化硅或炭黑填料能明显提高TPI材料的力学性能和形状记忆性能，加入碳化硅为10份时形状回复率可达到95.6%，加入炭黑为5份时形状回复率可达到90.4%。
　　最后，我们采用共混的方法制备杜仲胶/聚丁二酸丁二醇酯（TPI/PBS）形状记忆复合材料，我们研究了杜仲胶/聚丁二酸丁二醇酯共混比以及相容剂的加入对复合材料力学性能、形状记忆性能的影响。结果表明：在共混比方面，随PBS用量的增大，复合材料的力学性能有逐渐减小的趋势，热刺激响应温度逐渐减小，材料的形状回复率先增加后降低，当共混比为90/10时，形状回复率最大，达到92.5%；在硫化体系方面，研究了硫黄（S）、过氧化物（DCP）、硫黄/过氧化物（S/DCP）并用对TPI/PBS形状记忆复合材料性能的影响，结果表明：随硫化剂用量的增大，材料的力学性能都有逐渐减小的趋势，但硫黄/过氧化物并用作硫化剂的体系的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力明显比其他两个体系好，拉伸强度提高了1-2MPa，撕裂强度提高了1-4KN/m，定伸应力也提高了1-3MPa左右；从形状记忆性能来看，在硫黄作硫化剂的复合材料中，当硫黄用量为1.6phr时，复合材料的形状记忆性能最佳，在过氧化物作硫化剂的复合材料中，当DCP用量为1.2phr时，材料的形状记忆性能最佳，在硫黄/过氧化物并用作硫化剂的复合材料中，当 DCP用量为0.4phr时，复合材料的形状记忆性能最佳。

目录

符号说明

第一章绪论

1.1杜仲胶的概述

1.2形状记忆高分子概述

1.3填料补强橡胶概述

1.4课题的研究背景及内容

第二章不同门尼粘度杜仲胶形状记忆材料的制备及性能研究

2.1引言

2.2实验部分

2.3实验过程

2.4结果与讨论

2.5本章小结

第三章填料对杜仲胶形状记忆材料性能的影响

3.1引言

3.2实验部分

3.3实验过程

3.4结果与讨论

3.5本章小结

第四章杜仲胶/PBS基形状记忆复合材料的制备及性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3实验过程

4.4结果与讨论

4.5本章小结

结论

参考文献

致谢

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