形状记忆高分子材料.doc

浅谈形状记忆高分子材料及典例

摘要：高分子形状记忆材料近年来吸引了许多研究者的目光,因其低廉的成本、优异的加工性能、良好的回复性、多变的力学和物理性能等优势迅速地发展起来。按形状记忆的方式,它可分为热致感应型、光致感应型和化学物质感应型等,能满足不同的应用需求。

关键词：形状记忆高分子形状记忆树脂热致感应性

一、形状记忆高分子材料定义
形状记忆高分子（ShapeMemoryPolymer）SMP材料是指具有初始形状的制品，在一定的条件下改变其初始形状并固定后,通过外界条件（如热、光、电、化学感应）等的刺激，又可恢复其初始形状的高分子材料。
二、形状记忆高分子材料结构
高分子的各种性能是其内部结构的本质反映，而高分子的形状记忆功能是有其特殊的内部结构决定的。目前开发的形状记忆高分子一般是有保持固定成品形状的固定相和在某种温度下能可逆的发生软化—硬化的可逆相组成。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有可逆相来完成。固定相可以是高分子的交联结构、部分结晶结构、高分子的玻璃态或分子链的缠绕等。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。
三、形状记忆高分子材料机理
形状记忆性是指某种材料在成型加工过程中形成某种固有形状的物品，在某些条件下发生变形并被固定下来后，当需要它时只要对它施加一定手段（如加热，光照，通电，化学处理等），使其迅速恢复到初始形状。也就是说，具有形状记忆性的物质就像有生命的东西，当其在成型加工中被塑造成具有某种固有的初始形状的物品后，就对自己所获得的这种初始形状始终保持有终生记忆的特殊功能，即使在某些情况下被迫改变了本来面目，但只要具备了适当的条件，就会迅速恢复到原有的初始形状。这种可逆性的变化可循环往复许多次，甚至几万次。高分子材料的形状记忆性，是通过它所具有的多重结构的相态变化来实现，如结晶的形成与熔化，玻璃化与橡胶态的转化等。迄今开发的形状记忆高分子材料都具有两相结构，即能够固定和保持其成型物品固有初始形状的固定相以及在一定条件下能可逆地发生软化与固化，从而获得二次形状的可逆相。这两相结构的实质就是对应着形状记忆高分子内部多重结构中的结点（如大分子键间的缠绕处，聚合物中的晶区，多相体系中的微区，多嵌段聚合物中的硬段，分子键间的交联键等）和这些结点之间的柔性连段。
简言之，就是由固定相或称硬相软化-硬化可逆相或称软相构成，通过可逆相的可逆变化而具有形状记忆效应。
四、形状记忆高分子材料分类
形状记忆高分子材料根据其形状回复原理可分为：热感应SMP，电致感应型SMP，光致感应型SMP，化学感应型SMP。
热致型SMP：在室温以上变形，并能在室温固定形变且可长期存放，当温度再升至某一特定响应温度时，制件能很快回复初始形状的聚合物。
电致感应型SMP:热致型形状记忆功能高分子与具有导电性能物质（如金属粉末及导电高分子）复合材料。其记忆机理与热致感应型SMP相同该复合材料通过电流产生的热量使体系温度升高，致使形状回复，所以既有导电性能，又有良好的形状记忆功能，主要用于电子通讯及仪器仪表等领域。
光致感应型SMP：将某些特定的光致变色集团（PCG）引入高分子主链或侧链中当受到光照射时，POG发生光异构化反应，使分子链的状态发生显著变化，材料在宏观上表现为光致形变;光照停止时，PCG发生可逆的光异构化反应，分子链的状态回复，材料也回复其初始形状。该材料用作印刷材料，光记录材料，“光驱动分子阀”和药物缓释剂等。
化学感应型SMP利用材料周围介质性质的变化来激发材料变形和形状回复。常见的化学感应方式有PH值变化，平衡离子置换，螯合反应，相转变反应和氧化还原反应等，这类物质有部分皂化的聚丙烯酰胺，聚乙烯醇和聚丙烯酸混合物薄膜等。该材料用于蛋白质或酶的分离膜等特殊领域。
五、形状记忆高分子材料发展史
20世纪60年代初，英国科学家A.Charlesby在其所著的《原子辐射与聚合物》中，首次报道了经辐射交联后的聚乙烯具有记忆效应。当时这种发现并没有引起人们的足够的重视。随后美国国家航空航天局（NASA）考虑其在航空航天领域的潜在应用价值，对不同牌号的聚乙烯辐射交联后的记忆特性又进行了研究，证实了辐射交联聚乙烯的形状记忆性能。70年代末到80年代初，美国Raychem，RDI(RadiationDynamicsInc.)公司进一步将交联聚烯烃类形状记忆聚合物商品化，广泛应用于电线电缆，管道的接续与防护，至今F系列战斗机，Boeing飞机上的电线接续与线挽仍在广泛使用这类记忆材料。80年代法国煤化学公司开发出聚降冰片烯SMP。日本投入大量人力物力进行研究，目前已拥有聚降冰片烯、反式聚异戊二烯（TPI）、苯乙烯-丁二烯共聚物以及聚氨酯(P