形状记忆聚氨酯回复力及其影响因素探究

发布时间：2017-11-11 18:18

  本文关键词：形状记忆聚氨酯回复力及其影响因素探究

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【摘要】：温敏型形状记忆聚氨酯(SMPU)因其具有良好的形状记忆性能、力学性能、生物相容性和可降解性而在生物医学工程、纺织、包装等领域有着广泛应用。SMPU的形状回复率和形状回复力对SMPU的应用至关重要。尽管有关SMPU形状回复率的影响因素如变形率、变形温度和回复温度等的研究已相当广泛,但有关SMPU形状回复力的定量检测及其影响因素的研究却很少。构建定量检测SMPU形状回复力的装置,并深入探究回复力的影响因素和机制对于指导SMPU的材料设计、器械结构设计和赋形方式等有重要指导作用。本课题组自主研发了一台基于悬臂梁的张力计,并初步验证了该张力计在定量检测SMPU形状回复力中的可行性。本研究进一步完善了该张力计的计算模型以提高检测准确度,并采用该装置定量检测了SMPU变形方式、变形率、回复温度等对形状回复力的影响,从理论上分析了形状回复力的机制。主要研究内容和结论如下:(1)采用面力接触模式替代点力接触模式对回复力检测系统进行了改进,确立了装置的使用方法和检测步骤,并对检测装置进行了校验。改进装置的有效检测范围为0-5N,误差在2%以内,精度等级为1.0级。检测结果具有较好的重复性。(2)采用压塑成型法加工了SMPU板材(玻璃化转变温度Tg为40.7oC)。利用该装置测试了拉伸变形率对拉伸回复应力的影响。研究表明,拉伸回复应力随回复时间逐渐增大,到最大值后又逐渐减小;回复速率也随变形率增大而增大;最大拉伸回复应力具有明显的变形率依赖性:随变形率增加,拉伸回复应力逐渐增大;在变形率为120%即弹性极限附近时回复应力达到最大值。(3)测试了弯曲变形率(180o、150o、120o)对SMPU板材回复力的影响。研究表明,SMPU板材的弯曲回复力随着弯曲变形率增大而增大,在180°时达到最大值。(4)考查了回复温度(=Tg,即=40oC)对SMPU拉伸回复应力的影响。结果表明,SMPU拉伸回复应力随回复温度增加而逐渐减小,但SMPU回复速率随回复温度增加而加快。在玻璃化转变温度附近SMPU回复应力最大。(5)利用热力学理论对SMPU板材的拉伸回复过程进行分析,得到拉伸回复应力σr与拉伸率λ之间的关系式:,其中A0、7)0分别为板材初始面积、长度,K为玻尔兹曼常数,T为回复温度,N为总网链数。该式表明,在材料的弹性极限范围内,材料的回复应力随着变形率的增加而变大,这与拉伸实验所得规律一致。(6)对弯曲回复过程进行了理论分析,得到板材弯曲回复力Fr与弯曲角度θ之间的关系式:其中R、r分别为板材弯曲外曲面和内曲面的半径,L、b分别为板材的总长度和宽度,σs为屈服极限强度。该式表明材料的弯曲回复力随着弯曲角度的增加而变大,这与弯曲实验所得规律一致。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH873;TB381

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本文编号：1172544