有形状记忆功能的高分子材料.doc

有形状记忆功能的高分子材料摘要：本文综述了具有形状记忆功能的高分子材料的发展概况,分析了形状记忆高分子材料的记忆效应原理,并对交联聚烯烃、、聚酯等具有形状记忆功能的高分子材料的特性及应用进行了评价和探讨,特别对聚氨酯（形状记忆ＰＵｓ）的记忆原理和特征,及其研究现状和应用前景作了重点阐述同时对形状记忆高分子材料的发展前景进行了展望。关键词：记忆效应；聚氨酯；聚酯聚氨酯；热致形状记忆高分子;形状记忆性;微相分离;玻璃化转变：一．概况：（一）引言汽车外壳上的凹痕，像压扁的乒乓球一样，浸泡在热水中就可以复原；登山服的透气性可以根据环境的温度自动调节；一部机器中的零部件可以按照预定的程序，根据外界的温度变化而有序地自动拆卸；供药系统可以根据患者的体温或血液的酸度自动地调控药剂释放的剂量和速度；断骨外的套管可以在体温的作用下束紧，并能够在创伤愈合后自动降解消失等等，这些看似神奇的设想，通过的一类新型材料———形状记忆材料，都已经逐一地变成了现实。有人把这类材料称之为“智能材料”，并非过誉之词。（二）发展日本捷闻、可乐丽、旭化成和三菱重工等公司就开发出聚降冰片烯、反式，聚异戊二烯和聚氨酯等形状记忆树脂。但是一种材料所具有的某种新功能的发现，对于它是否能够真正在材料目录中占有一席之地以及能否真正为工程技术人员所采用，往往需要经过一段或长或短的时间。这不仅和材料的生产成本及性能好坏有关，生产工艺的成熟与否也是需要重视的基本因素，有时它们可以成为起决定性作用的因素。形状记忆聚合物的工作原理有记忆功能的高聚物，规范的术语应当是高分子形状记忆材料，一般分为热塑性和热固性两类。它们在产生形状记忆效应时的主要机制大致相同。这类高聚物在外力作用下，可以产生大的弹性形变，并且可以方便地"如降低温度!使这种形变保持下来，但是在外加某种刺激信号"如加热!时，材料又可以恢复到原来的形状。这种变化过程，称为形状记忆效应。这类材料不仅具有可逆变形的能力，还同时具有保持变形和解除变形的能力。在常温下呈固态、加热后转变为热弹性态的高聚物，原则上都有可能表现出一定的形状记忆效应，所以形状记忆效应在材料科学中是一种比较普遍的效应。为了保持固有的形状，材料中的高分子链对于形变应当有足够的惯性；但是在适当的外力下发生形变时，却要求高分子链的局部有较高的柔性。如果希望它具有较高的形变记忆能力，在高分子链中应当有一定比率的链节具有足够的刚性，从而保持器件整体的“拓扑不变性”。温度是形状记忆高聚物的控制因素能够满足以上条件的高聚物有两类，在常温下，一类材料呈玻璃态，另一类材料呈结晶态，但是在受热后都能转变为高弹性态。因此它们的变形控制变量都是温度，由于材料在常温下的状态不同，转变为高弹性态的过程有所不同，发生状态改变的温度或温度区间也不同，分别记为“熔化温度”和“玻璃化温度”。形状记忆合金和形状记忆聚合物的对比与记忆合金相比，高分子形状记忆材料的主要特征是变形量大、容易变形和变形力小。高分子材料的价格较低、可供选择的材料品种较多。此外，形状记忆高分子材料还具有以下优点：如通过单体的化学修饰和聚合体的改性比较容易实现对其性能的精确调控，某些高聚物具有良好的生物相容性和生物降解性等，这使得它在医疗、电子及航天等高新技术领域具有很好的发展前景。倍受青睐的聚氨酯树脂在高分子形状记忆材料中，聚氨酯树脂是近年来倍受青睐的一类高聚物。聚氨酯是由多异氰酸酯和多元醇或芳香二胺等共聚而成的。规范的名称为聚氨基甲酸酯。选择不同的共聚单体和不同的聚合反应过程，可以生成热塑性或热固性树脂；也可以制成多种性能的弹性体、纤维、泡沫塑料、胶粘剂和涂料。聚氨酯的大分子是由柔性很大的长链段和刚性的短链段交替组成的嵌段共聚物，在内部组成和结构上已经具备产生形状记忆效应的基本条件。聚氨酯的物理性能优异，并且可以通过原料配方和聚合过程加以调控，比较容易按照所需材料的功能进行分子和材料设计。此外，这类材料还具有容易成型、容易着色，以及易于和其它材料相互粘结等优点，因此在工程技术上已经获得极广泛的应用。例如聚氨酯泡沫塑料可以做成软质&开孔'、硬质&闭孔'或自结皮泡沫塑料，分别应用于汽车制造、家具制作、建筑绝热、冰箱冷库等领域中。聚氨酯纤维&氨纶'既具有纤维的基本特征，又具有类似橡胶的特性，具有耐老化、耐磨、耐化学试剂和易染色等优良性能，已用于各种内衣、游泳衣、飞行服、人造皮肤、外科手术缝线等制造工业中。（三）形状记忆聚合物用途的推陈出新当材料的制造和性能调控的方式和方法逐渐成熟之后，如何发挥材料所固有的特殊性能来解决生产和生活中的种种问题，是科技创新的另一个必须重视的研究方向。使形状记忆高分子材料成为一类高度智能化的材料，是目前材料科学与技术领域中的热点之一。德国的和麻省理工学院着重于开发聚氨酯塑料的生物降解性能，曾创办公司，研究