基本信息
- 项目名称：
- 新型形状记忆材料的制备及其性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 形状记忆材料是智能材料的一个重要分支，凭借其优异的形状记忆性能，引起了国内外专家的广泛关注，成为实验开发研究的热点之一。本实验采用静态聚合法合成聚丙烯腈微球，再用二步共混法制备新型形状记忆材料。并将形状记忆材料定型成薄膜状和螺旋状，对其进行了TEM、XRD和FT-IR分析与形状记忆性能等物理量的测试，确定了最佳聚合时间和最佳记忆温度，证明了制得的形状记忆材料具有优异的性能。
- 详细介绍：
- 形状记忆材料作为集感知和驱动于一体的特殊功能材料，目前在基础研究和应用开发研究方面取得了巨大进展，并已在航空航天、医学、工程及人们日常生活领域中得到了广泛的应用。因此，形状记忆材料成为目前热门的功能材料之一。尽管形状记忆材料性能优异、用途广泛，但大多制备工艺复杂，制作成本高，使其在实际生产中的应用受到限制，因此，各种新型形状记忆材料及制备工艺正应运而生。 本实验以制备一种方法简单、性能优良、质轻价廉、应用广泛的新型智能材料为目的，以丙烯腈和磷酸三丁酯为原料，采用静态聚合法制备一系列聚合时间不同的聚丙烯腈微球，再以聚丙烯腈微球为固定相与甲基丙烯酸甲酯共聚制成形状记忆材料。再将其用乙酸乙酯溶解铺成薄膜，研究在不同温度下的记忆性能。并进行TEM、XRD和FT-IR表征，确定了最佳聚合时间和最佳记忆温度。 实验证明新型材料具有变形量大、赋形容易、绝缘保温、柔韧高强、质轻价廉、不锈蚀、易着色、可印刷等特点。基于这些优异性能，此新型材料在工程配件、管道防腐、火灾报警、包装材料、电子零件等领域具有广泛的应用前景。实验中，还将记忆材料溶制成螺旋状，证明了在此状态下具有良好的空间回复性能。因此，可将这种新型材料赋予其他形态，实现更广阔的应用。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本实验以制备一种方法简单、性能优良、质轻价廉、应用广泛的新型形状记忆材料为目的，采用二步共混法制得了新型记忆变形材料，在不同温度下测定形状记忆性能。实验首先采用静态聚合法制备聚丙烯腈微球，再以聚丙烯腈微球为固定相与甲基丙烯酸甲酯聚合得到形状记忆材料，对其进性能测试及XRD、FTIR等表征，确定最佳制备条件和最佳记忆温度。
科学性、先进性及独特之处
- 1）本文采用静态聚合法制备聚丙烯腈微球，再用二步共混法制备形状记忆材料，具有变形量大、赋形容易、分散性好、绝缘保温、柔韧高强、质轻价廉等特点。相对于以往文献中以无机材料为固定相制备形状记忆材料，更具优越性； 2）实验将形状记忆材料溶解于乙酸乙酯，再定型成薄膜状和螺旋状，研究薄膜在不同温度下的平面记忆性能，并确定最佳记忆温度，探究螺旋状记忆材料的空间回复性能。使实验贴近生产实际，更具研究价值。
应用价值和现实意义
- 形状记忆材料是集感知和驱动于一体的特殊功能材料,备受人们瞩目。广泛用于人造卫星天线、机械人和自动控制系统、仪器仪表、医疗设备、能量转换材料等领域。形状记忆聚合物更以其优良的综合性能,较低的成本,加工容易,潜在巨大的实用价值而得到迅速的发展。而本实验制得的形状记忆材料制备方法简单易行、质轻价廉、性能更为优异，所以其应用性更强，应用范围更广。
学术论文摘要
- 以丙烯腈和磷酸三丁酯为原料，采用静态聚合法制备一系列聚合时间不同的聚丙烯腈微球，再以聚丙烯腈微球为固定相与甲基丙烯酸甲酯共聚制成形状记忆材料。再将其溶解制成薄膜，研究在不同温度下的记忆性能。并进行XRD和FTIR表征，确定最佳聚合时间和最佳记忆温度。
获奖情况
- 2011年1月，本作品获得河北科技师范学院第六届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 朱光明.形状记忆聚合物的发展及应用[J].工程塑料应用, 2002, 30(2): 61 [2] LI Feng2kui, ZHU Wei, ZHANG Xian, et al. Shapememory effect of slightly-crosslinked polyethylene[J]. ChinJ Polym Sci, 1998, 16(2): 155-163 [3] 松木富二, 桑田净伸. 自己发热性有形状记忆性树脂[P]. 日本专利:JP 02242847, 1990-09-27 [4] MOON K S, CHOI H D, JUNG H Y, et al. Dielectricproperties of human phantom material using XLPEcomposite with shape memory characteristics[J]. Polym-Korea, 1999, 23(5): 763-772 [5] 王东军. TEOS-MMA体系制备多种类型的微球及PbS纳米颗粒光学性能的研究[D]. 中国科学院化学所博士后研究工作报告, 2003: 4-12 [6] 王诗任, 徐修成, 过梅丽, 等. EVA形状记忆效应的综合评价和分析[J]. 高分子材料科学与工程, 2000, 16(5): 78-80 [7] 韩曙鹏,徐樑华,曹维宇等.X射线衍射法研究聚丙烯腈原丝的晶态结构[J].北京化工大学学报,2005,32(2):63-67 [8] 唐春红,吴彤,刘杰.聚丙烯腈原丝微结构的X射线衍射分析[J]. 北京化工大学学报, 2004, 31(3): 54-58 [9] Boguslavsky Lior, Baruch Sigal, Margel Shlomo. Synthesis and Characterization of Polyacrylonitrile Nanoparticles by Dispersion/Emulsion Polymerization Process [J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2005, 289(1): 71-85
同类课题研究水平概述
- 经过近30年的发展，形状记忆高分子材料家族已经拥有了上百个品种，部分材料成功工业化,在建筑、纺织、包装等领域得到应用。纵观目前形状记忆高分子材料的研究；除了追求综合性能的进一步改善外，在制备方法上，通过自组装构建超分子形状记忆材料成为研究的一大热点。另外，随着人们对环境问题的日益关注及对自身健康的重视,环境友好的可降解形状记忆材料及其在医疗领域的应用研究也备受关注。目前，已被发现的具有形状记忆效应的聚合物主要有：辐射交联形聚乙烯、缠绕交联形聚降冰片烯、交联形反式聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚氨酯等。通过多年的研究，国内外的学者已经从分子结构及分子相互作用的角度,对形状记忆高分子材料的记忆机理进行解释,并且已经建立了一系列力学和数学的模型来模拟形状记忆高分子材料形状记忆的过程。 近几年，形状记忆材料的研究和应用已有很大进展，目前已有部分产品面世。例如姜敏、彭少贤等选用HDPE为主体材料,采用杜仲胶(TPI)与之共混并通过硅烷交联的手段制备了形状记忆性能优异的形状记忆高分子材料；庞瑞平讨论了形状记忆材料在变电器上的应用，大大减少了污秽，小动物，覆冰，凝聚露水等导致的闪络事故的发生；何慧、陈阳等采用气相法二氧化硅(SiO2)对交联EVA形状记忆材料进行改性，研究了两种不同比表面积的SiO2对EVA/SiO2复合材料形状记忆性能的影响；刘国勤、关春龙等综述了形状记忆聚合物的研究进展,重点介绍互穿网络聚合物凝胶、共聚合凝胶和物理交联的形状记忆聚合物和化学交联的形状记忆聚合物。此外，日本三菱重工开发出强度小质量轻的形状记忆聚合物螺丝，用于手机、电视、电脑等轻型设备并利于再回收，该公司还提出，采用形状记忆聚氨酯涂层的织“AZ-ekura”不仅可以防水透气，而且其透气性可以通过体温加以控制，达到调节体温的作用。 形状记忆材料的产生和发展是材料领域的一次飞跃。这一领域的研究与开发孕育着新理论、新材料的出现,涉及科学技术的振兴。由于形状记忆材料的研究成果会波及到信息、电子科学技术、生命科学、宇宙、海洋科学技术以及软科学技术，且可以很大程度上提高人们的物质生活,正日益受到国内外各方面的关注。可以肯定，随着高新技术的发展,终有一天会出现各种实用的形状记忆材料。
