形状记忆聚氨酯.ppt

* * * * 形状记忆聚氨酯 第1页，共31页。 形状记忆聚合物的机理 形状记忆聚氨酯（SMPU） SMPU的合成方法 SMPU的应用及发展 第2页，共31页。 形状记忆聚合物（SMP） 形状记忆聚合物（shape memory polymers，简称SMP）： 由固定相或称硬相(hard domain)和软化-硬化可逆相或称软相(soft domain)构成，通过可逆相的可逆变化而具有形状记忆效应。 SMP可以是单—组分的聚合物,也可以是软化温度不同、相容性良好的两种聚合物的共混物或嵌段、接枝共聚物。 第3页，共31页。 形状记忆聚合物（SMP） 形状记忆材料可通过热、化学、机械、光、磁或电等外加刺激,触发材料作出响应,从而改变材料的技术参数,诸如形状、位置、应变、硬度、频率、摩擦和动态或静态特征等。由于形状记忆材料具有优异的性能,诸如形状记忆效应、高回复形变、良好的抗震性和适应性,以及易以线、颗粒或纤维的形式与其他材料结合形成复合材料。 第4页，共31页。 形状记忆聚合物的“记忆”机理 聚合物构成： 固定相(保持固定成品形状） 可逆相（某种温度下能可逆地发生软化-硬化现象） 1.固定相的作用是初始形状的记忆和恢复，第二次变形和固定则是由可逆相来完成。 第5页，共31页。 形状记忆聚合物的“记忆”机理 2.固定相可以是聚合物的交联结构、部分结晶结构、聚合物的玻璃态或分子链的缠结等。可逆相则为产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分结晶相．或发生玻璃态与橡胶态可逆转变（玻璃化温度Tg）的相结构。 3.固定相和可逆相具有不同的软化温度。 第6页，共31页。 4.聚合物通常是借助热刺激产生形状记忆，以聚降冰片烯为例： 第7页，共31页。 形状记忆聚合物的“记忆”图例 第8页，共31页。 形状记忆聚合物的“记忆”图例 第9页，共31页。 SMP与SMA比较 优点是形变量大，形变加工方便，形状恢复温度易于调节，易制成机构复杂的异型品，能耗低，保温效果好和电绝缘性能，易着色，耐腐蚀，质轻和价廉； 缺点是强度低，形变恢复驱动力小，刚性和硬度低，稳定性较差，易燃烧，耐热性差，易老化和使用寿命短。 第10页，共31页。 SMP与SMA比较 第11页，共31页。 聚氨酯（SMPU）的简介 聚氨酯（PU）全称为聚氨基甲酸酯，是大分子主链上中含有—NHCOO—结构单元的高分子聚合物，该结构单元是由多异氰酸基和多羟基化合物，通过逐步加成聚合反应而制得，反应式如下： —N=C=O + HOˉ → —NH-COOˉ 主要用于冷库、冷罐、管道等部门作绝缘保温保冷材料，高层建筑、航空、汽车等部门做结构材料起保温隔音和轻量化的作用。 第12页，共31页。 SMPU的记忆原理 SMPU是热塑性聚合物，它是由具有两种不同玻璃化温度的聚合物共聚而成的嵌段共聚物。由于一个分子链段中的两种（或多种）组分不能完全互容，导致了相的分离，低玻璃化温度的部分称为软段，高玻璃化温度的称为硬段。 聚氨酯分子链的结构 第13页，共31页。 SMPU的记忆原理 分子链段一般是由软段和硬段组成，软段通常由聚酯、聚醚和聚烯烃多元醇组成；硬段通常由小分子扩链剂和多异氰酸酯等原料组成。 SMPU分子中的软、硬链段不相容但却以化学键相连，故其分子链可以看作是由软段区、硬段区和软硬段混容区构成的一个三级形态结构。软段区的柔性分子链能产生很大的形变，而硬段区内的分子链被其相互间的物理或化学交联结构所固定，由于软硬段的共价偶联抑制了大分子链的塑性滑移，从而产生了回弹性。 第14页，共31页。 SMPU的记忆原理 由于SMPU的软段Tg高于室温，故其在室温范围内缠结紧密，此时材料处于玻璃态。当材料温度大于Tg（或Tm）时，材料进入高弹态，软段的微观布朗运动加剧，易于产生形变，而处于玻璃态的硬段可阻止分子链滑移，抵抗形变，产生回弹性（即所谓的记忆性）。 当材料冷却到软段的Tg以下时，形变便被冻结固定下来，但这种被暂时固定的形变是不稳定的，若将形变后的材料温度升高到Tg（或Tm）以上时，材料的形状可在硬段“骨架”的回弹力下获得恢复。 第15页，共31页。 SMPU的优点 具有热塑性，加工容易 原料配比变化多，形状恢复温度在-30～70℃易于调整 变形率大，最大可达400% 质轻，相对密度约为1.1~1.2 成本低，为形状记忆合金的1/10以下 分子链上含有极性基团，使于