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形状记忆材料通常包括?什么是形状记忆聚合物(SMP)

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查看32 | 回复0 | 2025-2-13 09:28:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
形状记忆材料通常包括形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状记忆聚合物。其共同特性是经形变固定之后,通过加热等外部条件刺激,又可恢复到预先设定的状态。其中,形状记忆合金是一种传统的且应用较为普遍的形状记忆材料,但尚存在密度大、形变量小的不足;形状记忆陶瓷因变形能力差而极大地限制了其在工程领域上的应用;与形状记忆合金和形状记忆陶瓷相比,形状记忆聚合物具有密度小、变形量大、赋形容易、响应温度可调等特点。

形状记忆聚合物(Shape Memory Polymers, SMP)是日本率先开发出来的,属于弹性记忆材料。形状记忆聚合物是利用结晶或半结晶高分子材料经过辐射交联或演化交联后具有记忆效应的原理而制造的一类新型智能高分子材料,应用范围极为广泛。这类材料当其温度达到相变温度时,便从玻璃态转变为橡胶态,此刻材料的弹性模量发生大幅度变化,并伴随产生很大变形。即随着温度的增加,材料变得很柔软,加工变形很容易;反之,温度下降时,材料逐渐硬化,变成持续可塑的新形状。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。故概括起来,形状记忆过程可简单表述为:初始形状的制品→一次形变→形变固定→形变回复。

SMP所展现的相关性行为称之为形状记忆效应(Shape Memory Effect, SME)​。早期各国研究者对材料能展现SME比较公认的基本原理是由日本的石田正雄所提出的两相结构理论,即形状记忆功能主要来源于材料内部存在不完全相容的两相结构:固定相和可逆相。固定相是保持成型制品初始形状的记忆和回复,而可逆相则是随温度变化让其形状发生可逆的变化。这类聚合物的形状记忆机理可解释为:当温度上升到软链段的熔点或高弹态时,软链段的微观布朗运动加剧,易产生形变,但硬链段仍处于玻璃态或结晶态,阻止分子链滑移,抵抗形变,施以外力使其定型;当温度降低到软链段玻璃态时,其形变被冻结固定下来,提高温度,可以回复至其原始形状。也可以认为,形状记忆高分子就是在聚合物软链段熔化点温度上表现为高弹态,人为地在高弹态变化过程中引入温度下降或上升等因素,高分子材料则发生从高弹态到玻璃态之间转化的过程。
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