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1、形状记忆高分子材料摘要：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,对具有形状记忆功能的聚氨酯材料的结构、性能、应用及发展方向进行了简单的研究和探讨,对形状忆高分子材料的发展前景进行了展望。关键词：形状记忆高分子聚氨酯应用形状记忆材料是指形状记忆高分子是一种新型的功能高分子材料，应用范围极为广泛。其原理是在一定的条件下发生形变后，SMP还可再次成型得到二次形状，通过加热等外部刺激手段的处理又可使其发生形状回复，从而“记忆”初始形状。形状记忆高分子材料（SMP）品种繁多，根据形状
2、回复原理可分为四类：热致形状记忆高分子材料，电致形状记忆高分子材料，光致形状记忆高分子材料，化学感应型形状记忆高分子材料。热致形状记忆高分子是指在室温以上一定温度变形并能在室温固定形变而且长期存放，当再升温至某一定温度时，制件能很快恢复初始形状的聚合物。热致型形状记忆高分子的形变温度控制方法控制简单，实用，应用范围广，是目前形状记忆高分子研究中研究和开发较为活跃的领域。1形状记忆原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
3、，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
4、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(harddomain)和软化-硬化可逆相或称软相(softdomain)构成，通过可逆相的可逆变化而具有形状记忆效应。2聚氨酯形状记忆材料2.1聚氨酯的形状记忆原理由于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
5、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。2.2形状记忆条件要得到形状记忆PU材料,软段区要具有良好的结晶性。而软段分子量较低时不结晶。只有分子量超过某一临界值,软段结晶度迅速增加,然后趋于平缓,最终趋于恒定值。因此
6、PU软段的分子量必须超过这一临界值,才能具有形状记忆功能。该值为软段产生橡胶熵弹性所需的临界分子量。PU具有形状记忆功能的另一个必要条件是硬段聚集成微区起物理交联点的作用。尽管软段有较大的分子量,但若PU中硬段含量高于一定值时,仍可聚集成微区并形成较为完善的物理交联网络。在此临界值以下,难以形成完善的物理交联网络,不具有形状记忆特征。软段的组成和分子量影响形状记忆温度的高低,硬段结构则控制形状记忆PU的形状固定和形状恢复,但对形状记忆温度的影响不大,通过使用不同组成和分子量大小的软段可以得到具有不同形状记忆温度的形状记忆P
7、U。另外结晶性软段的嵌段PUs其形状记忆特性与温度依赖性的动态力学性质密切相关。较大的玻璃态模量在冷却卸载后可提供较大的形状固定率,较大的橡胶态模量使材料在加热后高温下具有较大弹性。形状固定率直接关系到制品的变形精确度,形状回复率则影响着材料的滞后现象。这些性质对于形状记忆材料的制备是最为关注的。2.3形状记忆聚氨酯性能与其他形状记忆材料相比，聚氨酯有以下几方面的优点：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
8、合金的1/10以下；分子链上含有极性基团，使于改性以提高其综合性能；重复形变效果和耐候性也较好，而且质轻价廉，加工和着色容易。形状记忆聚氨酯(包括其它SMP)与其他材料相比,耐疲劳性不理想,重复形变次数仅稍高于5000次,而SMA可达104数量级;另外,多数SMP的形状回复力小、回复速度慢、回复精度低,
