聚降冰片烯形状记忆性能的研究

发布时间：2019-11-16 03:56

【摘要】：形状记忆聚合物(SMP)是一类特殊的智能刺激响应材料,能够较易产生形变得到临时形状,受到刺激又能恢复到原始形状,目前,已成为各国科学研究人员的研究热点。聚降冰片烯(PNB)具有良好的形状记忆及阻尼特性,作为智能材料在今后将具有十分广泛的应用。本文选用聚降冰片烯胶料(PNR,含增塑油与炭黑)、聚降冰片烯树脂(PNB)作为基体材料,制备充油PNR、PNR/EPDM共混物、低充油PNB(Lo-PNB)及PNB复合材料。主要采用扫描电子显微镜(SEM)、透射扫描电镜(TEM)、橡胶加工分析仪(RPA)、差示扫描量热仪(DSC)、动态力学分析仪(DMA)、材料试验机等表征方法研究材料的微观结构、动态流变性能、热性能、形状记忆性能等。研究结果表明:不同用量芳烃油填充PNR,当增塑油的用量从0 phr增加到40 phr,PNR的玻璃化转变温度(Tg)从-33.5℃降低到-38.9℃,这是因为PNR分子链间的增塑油增多,自由体积增多,链段及分子链的活动能力增强,削弱了分子链间的相互作用,这也导致了形状恢复率降低,但固定率几乎不变。在PNR/EPDM共混物中,因增塑油的迁移而出现了两个Tg外扩的现象。PNR/EPDM=100/0的形状记忆性能好于PNR/EPDM=75/25的。虽共混后形状记忆性能略微变差,但PNR/EPDM=75/25中PNR相Tg(26.5℃)作为转变温度更适合应用在形状记忆中,而且抗热氧老化性能得到大大改善。在Lo-PNB中,80℃以下,随着驱动温度提高,Lo-PNB的恢复率增大且恢复速率增加,且在不同温度水中,试样的恢复程度较符合“时温等效原理”。在三次形状记忆循环中,Lo-PNB的形状固定率都能高达99%以上,形状恢复率逐步提高。随着模压次数的增加,四次模压成型试样的形状恢复率逐渐升高,这与其应力松弛后的平衡模量大小顺序相同,平衡模量越大,形状恢复率越高。采用四种不同结构微纳米粒子:碳酸钙(Ca CO_3)、碳纳米管(CNT)、有机蒙脱土(OMMT)和炭黑(CB)填充低充油PNB制备四种复合材料(Ca CO_3-PNB、CNT-PNB、OMMT-PNB、CB-PNB),其Tg均在23℃附近,接近室温,利于实际应用。其最大应力松弛速率和应力松弛平衡模量值的顺序均是Ca CO_3-PNBCNT-PNBOMMT-PNBCB-PNB,与最大形状恢复速率的大小顺序和在53℃时的形状恢复率的大小顺序相同;四种复合材料形状恢复率达到99.0%时最低的恢复温度顺序与应力松弛平衡模量值的顺序相反。这表明越快的应力松弛速率导致越快的形状恢复;平衡模量值越高,在相同恢复温度时形状恢复率越高;同样,达到相同恢复率时所需的恢复温度越低。四种复合材料的形状固定率都可在Tg-15℃时达到99.0%以上。复合材料都展现出了优异的形状固定和恢复性能,其中,Ca CO_3-PNB复合材料具有最优异的耐多次形状记忆循环性能,而CB-PNB相对最差。在18℃时,复合材料的可逆塑性形状固定率顺序为OMMT-PNBCNT-PNBCB-PNBCa CO_3-PNB,四种复合材料都具有优异的形状恢复性能,OMMT-PNB具有最优异的可逆塑性形状记忆性能。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB381

【参考文献】