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1、第26卷第8期高分子材料科学与工程Vol.26,No.82010年8月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGAug.2010形状记忆聚合物及其在航空航天领域中的应用朱光明,魏,王坤(西北工业大学应用化学系,陕西西安710072)摘要:介绍了形状记忆聚合物的最新研究进展,从结构角度分析和探讨了不同聚合物产生形状记忆效应的原理,其中,聚烯烃类形状记忆聚合物都具有化学交联和半结晶的结构;相反,形状记忆聚氨酯则具有物理交联和相分离的结构。而液晶弹性体的形状记忆效应则是由于液晶态的相转变而实现的。文中还对聚氨酯、交联聚乙烯、液晶弹性体等形状记忆高分子
2、材料的特性及其在变形机翼、自展开结构等航空航天领域的应用进行了介绍和评价。关键词:形状记忆聚合物;聚氨酯;液晶弹性体;自展开结构;变形机翼中图分类号:TB381文献标识码:A文章编号:1000-7555(2010)08-0168-04形状记忆材料是指能够感知环境变化(如温度、例如含氟聚合物类形状记忆材料的响应温度高,可以力、电磁、溶剂等)的刺激,并响应这种变化,对其状态应用在需要耐高温、耐腐蚀的场合。乙烯-醋酸乙烯共参数(如形状、位置、应变等)进行调整时能回复到其预聚物的收缩温度低,可以应用在电子仪表等领域。先设定状态的材料。形状记忆材料的种类很多,除了[5]反式1,
3、4-聚异戊二烯(TPI)、苯乙烯-丁二烯共N-iTi(50%原子)、Fe-Mn-Si等形状记忆合金外,陶瓷聚物[6]、聚降冰片烯[7]等也可制备形状记忆材料。和聚合物也具有形状记忆效应。其中,形状记忆聚合TPI属于半结晶性的聚合物,结晶度40%左右,熔点物具有可恢复形变量大、感应温度低、加工成型容易、67。用硫磺或过氧化物交联后可制成形状记忆材使用面广等特点,自20世纪90年代以来发展迅速,并料,其热变形温度为60~70,具有形变速度快,受到广泛重视。恢复力大以及恢复精度高等特点,但TPI的耐热性和耐候性较差。苯乙烯-丁二烯共聚物形状记忆树脂的1形状记忆聚合物的种类及性能固定
4、相为高熔点(120)的聚苯乙烯结晶部分,而可形状记忆聚合物大体上分为固态的形状记忆聚合逆相为低熔点(60)的丁二烯部分。该聚合物的形物和高分子凝胶体系两大类。固态的形状记忆聚合物变恢复速度快,具有良好的耐酸碱性和着色性,且易溶主要有交联聚烯烃、聚氨酯、液晶弹性体等。于甲苯等溶剂,可进行涂布和流延加工。聚降冰片烯1.1交联聚烯烃是由环戊二烯和乙烯通过双烯加成反应聚合成的无定聚烯烃类聚合物多为半结晶性的高分子材料,利型高聚物,分子量可达300万以上,玻璃化转变温度为用物理方法(如辐射交联)或化学方法(如过氧化物)交35,固定相为高分子链的缠结点,可逆相为玻璃态,联后,聚合物被加热
5、到其熔点以上时不再熔融,而是呈具有超分子结构。这种聚合物虽可作为形状记忆材高弹态,因此,可以施加外力使其变形,在其变形状态下冷却后,结晶复出,冻结应力。当再加热到熔点以上料,但其形变温度低,室温下强度也不好;而且由于分时,结晶熔化,应力释放,材料恢复到原来的赋型状态,子量太大,给加工也带来一定的困难。这几种聚合物完成一个记忆循环。常见的制备形状记忆材料的聚烯都属于热塑性的形状记忆聚合物,可进行挤出、注射、烃类聚合物有聚乙烯[1]、乙烯-醋酸乙烯共聚物[2]、氯吹塑等加工。[3][4]1.2形状记忆聚氨酯[8~10]化聚乙烯、聚四氟乙烯等。它们的响应温度依聚合物种类的不同而有很大差异
6、,因而具有不同的用途。由芳香族的二异氰酸酯与具有一定分子量的端羟收稿日期:2009-07-13通讯联系人:朱光明,主要从事形状记忆高分子及其复合材料的研究,E-mail:gmzhu@nwpu.edu.cn第8期朱光明等:形状记忆聚合物及其在航空航天领域中的应用169基聚醚或聚酯反应生成氨基甲酸酯的预聚体,再用多2形状记忆聚合物在航空航天领域中的应用[17,18]元醇如丁二醇等扩链后可生成具有嵌段结构的聚氨2.1变形机翼酯。这种嵌段聚氨酯分子的软段部分(聚酯或聚醚链机翼是飞行器在飞行中重新构型的主要部件,有段)和硬段部分(氨基甲酸酯链段)的聚集状态、热行为目的地在飞行中改变机翼
7、外形特性,如机翼后掠、翼展等是不一样的。其中由线性聚酯或聚醚构成的软段部和弯度等,就可以有效地增加机翼的效率,其中改变翼分的玻璃化温度较低,并具有一定的结晶度,且熔点不展和机翼面积的效果最为突出。比如,飞机在巡航时高。而作为硬段的氨基甲酸酯链段聚集体由于其分子通常要求机翼具有高展弦比和大机翼面积,而要想保间存在着氢键,因而具有较高的Tg,由于聚氨酯分子持飞行速度快,就要求低展弦比和小的机翼面积。变结构的这种异同性,导致分子间的相分离。这种两相形机翼的概念就
