新型纤维增强聚合物形状记忆复合材料研究

摘要

形状记忆材料是指能够感知环境变化(如温度、力、电磁、溶剂等)的刺激，并响应这种变化，对其状态参数(如形状、位置、应变等)进行调整，从而回复到其预先设定状态的材料。其中，形状记忆聚合物具有可恢复形变量大、记忆效应显著、加工成型容易、使用面广、价格便宜等特点，自20世纪80年代以来发展迅速，并日益受到广泛重视。这些材料被广泛的应用于电线电缆的接续和保护、医疗器材、包装材料以及其他一些用途。 本文用价格低廉的聚氯乙烯、MBS和聚己内酯共混形状记忆材料为基体，加入玻璃纤维和聚酯纤维，采用共混法制备了一种低软化点的形状记忆复合材料。讨论了共混物的配比、纤维的种类、用量对复合材料形状记忆性能、力学性能、热性能以及内部形态结构的影响。研究结果可以得到如下结论： (1)当材料中PVC／MBS／PCL的配比为85／15／1O时，共混材料具有最优的形状记忆效果，材料的形状记忆固定率和回复率都为99％左右； (2)PCL的加入，可以和PVC相互作用生成氢键，以及由于其本身玻璃化温度很低(．60'C)，从而可以很好的降低材料的软化点，从而改善材料在60~C时的形状记忆性能； (3)MBS和PCL加入后，材料的拉伸强度从45．68Mpa下降到31．64Mpa，弹性模量从2232．835Mpa下降到1578．53Mpa； (4)玻璃纤维增强形状记忆基体材料后，复合材料仍然具有形状记忆性能。其中随着纤维含量的增加，复合材料的形状记忆固定率从99．76％下降到95％，形状记忆回复率从98．91％下降到88．28％，复合材料拉伸强度从31．64Mpa增加到38．29Mpa，拉伸模量从1578．53Mpa增加到2136．12Mpa； (5)聚酯纤维加入形状记忆材料后，材料也具有形状记忆特性。其中当纤维长度为2mm时，随着纤维含量的增加，复合材料的形状记忆固定率从99．76％下降到95．76％，形状记忆回复率从98．91％下降到93．83％，拉伸强度从31．64Mpa增加到34．47Mpa，弹性模量从1578．53Mpa增加到1746．66Mpa。另外，研究还表明，对聚酯纤维表面进行处理后，当纤维含量为10％时，复合材料的形状记忆固定率从99％下降到96．8％，形状记忆回复率从95．22％下降到94．12％，拉伸强度从30．05Mpa增加到31．21Mpa，拉伸模量从1545．66Mpa增加到1612．05Mpa； (6)当基体材料中PVC／MBS／PCL的配比为85／15／10时，材料的软化点为61℃，符合作为医用固定材料的温度要求。加入聚酯纤维后，材料的维卡软化点从61℃增加到77~C，而且纤维长度增加，材料的维卡软化点也随之从77~C增加到81℃； (7)增强纤维选用聚酯纤维，纤维含量为10％，纤维长度为2mm，表面未处理过的纤维时，复合材料在保持优异的形状记忆性能的同时改善了基体材料的其它性能。其中复合形状记忆固定率为99％，形状记忆回复率为96．52％，拉伸强度为32．36Mpa，弹性模量为l639．05Mpa。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪言

第二章纤维增强形状记忆复合材料的制备

第三章PVC/MBS共混材料形状记忆性能研究

第四章PVC/MBS共混材料力学及其他性能研究

第五章纤维增强聚合物复合材料形状记忆性能研究

第六章纤维增强形状记忆复合材料力学及其它性能研究

第七章结论

攻读学位期间发表的论文

致谢