CN101985518A - 一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物 - Google Patents

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Abstract

一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，涉及一种记忆材料，此形状记忆聚合物在高低温下都有良好的弹性性能，其组份为有机硅或有机胶和乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物，如热融胶；其热驱动温度为乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物的融化或软化温度，热驱动温度通过选择具有相应的融化或软化温度的乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物来实现；其有机硅或有机胶和乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物的体积比为10:1至1:1。此种形状记忆材料克服了现有形状记忆材料(合金,聚合物等)在相对低温(低于形状恢复温度)下呈现准塑性变形或脆性破坏的问题。此形状记忆聚合物在高低温下都有如橡胶般的优异弹性性能。

Description

一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物
技术领域
本发明涉及一种记忆材料，特别是涉及一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物。
背景技术
目前已有的热驱动形状记忆材料（合金，聚合物等）在高温（高于形状恢复温度）下有良好的弹性，而在低温（低于形状恢复温度）下呈现准塑性变形或脆性破坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物。为有机硅(胶)与乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物, 如热融胶)相混合而成,并可通过加热来恢复原来的形状（热驱动），此形状记忆聚合物在高低温下都有如橡胶般的优异弹性性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
 一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，此形状记忆聚合物在高低温下都有良好的弹性性能，其组份为有机硅或有机胶和乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物，如热融胶；其热驱动温度为乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物的融化或软化温度，热驱动温度通过选择具有相应的融化或软化温度的乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物来实现；其有机硅或有机胶和乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物的体积比为10:1至1:1。
所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，提高其有机硅或有机胶的含量：增加形状记忆聚合物的形状恢复率；而提高其乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物的含量：增加形状记忆聚合物的形状固定率。
所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，其有机硅或有机胶是双组份或单组份，并是固化类型的有机硅或有机胶，如紫外光固化。
所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，本聚合物附加其它组分，增强材料热力学性能。
所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，本聚合物采用成分差异的有机硅或有机胶,调节其强度和刚性,及加工工艺的相互匹配性。
所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，本聚合物加入颗粒或纤维,提高材料的强度和刚性。
所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，本聚合物加入导电颗粒或纤维,使材料通过通电或电阻加热的方式达到形状恢复。
本发明的优点与效果是：
本发明为一种新型（橡胶状）弹性形状记忆聚合物，可以如橡胶那样在高低温下都呈现优异的弹性性能。此种形状记忆材料克服了现有形状记忆材料(合金,聚合物等)在相对低温(低于形状恢复温度)下呈现准塑性变形或脆性破坏的问题。
附图说明
图1为本发明之循环单轴拉伸试验室温(低温)下循环加载（A）平直（原始）a形状照片；
图2为本发明之循环单轴拉伸试验室温(低温)下循环加载（A）平直（原始）b形状照片；
图3 为本发明之循环单轴拉伸试验室温(低温)下循环加载（A）平直（原始）a-b形状曲线；
图4为本发明之循环单轴拉伸试验室温(低温)下循环加载（B）弯曲（临时）a形状照片；
图5为本发明之循环单轴拉伸试验室温(低温)下循环加载（B）弯曲（临时）b形状照片；
图6 为本发明之循环单轴拉伸试验室温(低温)下循环加载（B）弯曲（临时）a-b形状曲线；
图7 为本发明橡胶状弹性形状记忆聚合物在加热下的形状恢复过程照片。
注：本发明的附图为状态分析示意图或照片，图中文字或影像不清晰并不影响对本发明技术方案的理解。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。
本发明所提的弹性形状记忆聚合物，至少包含两个基本组分：有机硅(胶) 和乙烯醋酸乙烯酯（EVA），通过附加其它组分，可达到增强材料热力学性能的目的。有机硅(胶)可以是双组份或单组份。也可以是各种固化类型(如紫外光固化)的有机硅(胶)。
在将有机硅(胶)和乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)混合并固化后, 如图 1之循环单轴拉伸试验所示,生成物具有很好的弹性性能,且加载和卸载曲线基本重合。
因为有机硅(胶)以硅-氧（Si-O）键为主链结构，键能在有机硅(胶)中为121千卡/克分子，所以有机硅(胶)产品的热稳定性高，并有优异的弹性性能。高温下分子的化学键不断裂、不分解。同时有机硅（胶）也耐低温。无论是化学性能还是物理机械性能，随温度的变化都很小。
乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)在受热后会变软(融化)。因为有机硅(胶)和乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)之间不发生剧烈的化学反应,本热驱动形状记忆聚合物的形状恢复温度即为乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)的受热软化(融化)温度。
加热至乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)的软化(融化)温度后，由于有机硅(胶)优异的弹性性能,本材料此刻仍具有很好的弹性变形能力，因此此聚合物可任意变形。在变形状态下冷却至乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)固化。固化后变形了的乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)保证本材料可以基本维持此变形形状（临时形态）。当再次加热至乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)变软(融化)后，乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)的约束效应消失，有机硅(胶)释放出临时形态中因变形而产生的弹性能,材料自动恢复到原来的形状,表现出形状记忆效应(如图 2所示)。有机硅(胶)和乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)体积比约为10:1至1:1。提高有机硅(胶)的含量可以有效地增加形状记忆聚合物的形状恢复率,而提高乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)的含量可以有效地增加形状记忆聚合物的形状固定率。一般来说,随着乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物)含量的增大,此形状记忆聚合物的杨氏模量和单轴受拉下的断裂载荷均减小,而延展性则增强。
本发明橡胶状弹性形状记忆聚合物有机硅(胶)[A]和乙烯醋酸乙烯酯[B]。通过附加其它组分,可达到增强材料热力学性能的目地。A 可以为单组分或双组分。B可以为其复合/混合物, 如热融胶。
B均匀地分散入A，并在A内固化后,橡胶状弹性形状记忆聚合物的制备就完成了。具体分散和固化程序随所采用的具体的A和B而定。
在高温下, B融化变软,但A的优异弹性保证本材料仍然有很好的弹性变形性能。变形后冷却,待B固化后在撤去约束。变形后的B可保证本材料可以基本维持原高温下的变形形状(临时形态)。在加热至B融化后, B的约束效应消失,A释放出临时形态下变形产生的弹性能,材料恢复原来的形状,表现出形状记忆效应。
本材料的具体制备工艺可有多种，主要取决于原材料的特性。对双组分的有机硅(胶)和基于乙烯醋酸乙烯酯的热融胶来说,一种制作方法为:
1)  将重量或者体积百分率(如30%)的热融胶添加到液态硅胶中。
2)  加热直到热融胶完全融化。
3)  充分搅拌使热融胶与液态硅胶混合均匀,完全。
4)  冷却至热融胶的融点以下。
5)  添加固化剂并再次充分搅拌使混合均匀,完全。
6)  固化有机硅。
通过采用不同的乙烯醋酸乙烯酯(或其复合/混合物),本材料（橡胶状弹性形状记忆聚合物）的形状恢复温度可任意调节。
通过采用不同的有机硅(胶),可调节本材料（橡胶状弹性形状记忆聚合物）的强度和刚性,及加工工艺的匹配性。
通过加入其他组份, 可进一步改善本发明所涉及的材料的性能。比如：
加入颗粒/纤维,可提高材料的强度和刚性。
加入导电颗粒/纤维,可使材料通过通电(电阻)加热的方式达到形状恢复。

Claims (7)

1.一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，此形状记忆聚合物在高低温下都有良好的弹性性能，其特征在于，其组份为有机硅或有机胶和乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物，如热融胶；其热驱动温度为乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物的融化或软化温度，热驱动温度通过选择具有相应的融化或软化温度的乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物来实现；其有机硅或有机胶和乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物的体积比为10:1至1:1。
2.根据权利要求1所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，其特征在于，提高其有机硅或有机胶的含量：增加形状记忆聚合物的形状恢复率；而提高其乙烯醋酸乙烯酯或其复合物或混合物的含量：增加形状记忆聚合物的形状固定率。
3.根据权利要求1所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，其特征在于，其有机硅或有机胶是双组份或单组份，并是固化类型的有机硅或有机胶，如紫外光固化。
4.根据权利要求1所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，其特征在于，本聚合物附加其它组分，增强材料热力学性能。
5.根据权利要求1所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，其特征在于，本聚合物采用成分差异的有机硅或有机胶,调节其强度和刚性,及加工工艺的相互匹配性。
6.根据权利要求1所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，其特征在于，本聚合物加入颗粒或纤维,提高材料的强度和刚性。
7.根据权利要求1所述的一种具有橡胶状弹性的形状记忆聚合物，其特征在于，本聚合物加入导电颗粒或纤维,使材料通过通电或电阻加热的方式达到形状恢复。
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