形状记忆聚合物及其应用内容介绍

形状记忆聚合物是一类新型的功能高分子材料，其在电力、电子、军工、包装、医疗、智能系统等高新技术领域的应用日益受到人们广泛的关注。本书系统介绍了形状记忆聚合物的记忆效应原理、形状记忆聚合物的结构特点、合成方法、性能及其应用等，全书共分十二章。第一章，介绍了各种形状记忆材料的特点；第二章，介绍了聚合物的形状记忆效应及其原理；第三章～第十二章，分别介绍了交联聚乙烯、氟塑料、聚氯乙烯、形状记忆聚氨酯、聚酯

-第一章

绪论——形形色色的形状记忆材料

1．1

形状记忆合金

1．2

无机非金属形状记忆材料

1．3

形状记忆聚合物和凝胶

1．4

形状记忆效应的方向性第二章

聚合物的形状记忆效应及其原理

2．1

聚合物的形状记忆效应

2．2

聚合物形状记忆效应的基本原理

2．3

聚合物形状记忆效应的机械粘弹性模型

2．4

聚合物的聚集态结构和记忆效应的关系

2．5

聚合

1、在纺织工业上的应用

形状记忆聚合物经形变和固定后，在特定的外部条件下，如热、化学、机械、光、磁、电等作用下，自动恢复到初始形状。

1）形状记忆材料在纺织上应用的形式主要有三种。一是形状记忆纱线：将形状记忆材料制成细丝，然后纺成纱线；二是形状记忆化学品：将形状记忆聚合物制成乳液、对织物进行整理、层压或涂层，赋子织物形状记忆功能，将形状记忆聚合物制成树脂或粘合剂与短纤维一起制成非织造织物；三是形状记忆织物：将形状记忆纱线织成各种机织物和针织物。将形状记忆聚合物材料与天然纤维/合成纤维共同构成复合材料。

2）湿度敏感型聚合物应用。湿度激发形状记忆材料，适用于用即弃卫生产品，如尿布、训练裤、卫生巾和失禁产品。这些产品具有可折叠或伸缩功能，当材料受到一个或几个外界力作用时，至少在某一方向可产生变形；当外力解除后，至少在一个方向可保持一定程度的变形。当处于潮湿或多水的环境中时，该材料具有至少一个方向的变形和部分回复的能力。用即弃产品可能在受到液体浸渍或在高温和人体温度条件下使用时会变形或变得不舒适，形状的变化可能会产生渗漏问题。开发的这种产品和采用的方法可最大限度保持形变,从而防止渗漏。

3）温度敏感型聚合物应用。用作织物的功能性涂层和功能性整理以获得防水、透气性织物，如军用作战服、运动服、登山服、帐篷等。利用聚氨酯的形状记忆功能,调整好合适的记忆触发温度用于服装衬布(袖口、领口等)，使其具有良好的抗皱和耐磨等性能,通过升高温度使其回复其在使用过程中产生的皱痕达到原来的形状。

2、在工程上的应用

将异形管结合．将形状记忆聚合物JJ口热向内插入比聚合物管径大的棒料扩大口径，冷却后抽去棒料制成热收缩管。使用时。将要结合的管料插入．通过加热使聚合物管收缩．紧固．可用于线路终端的绝缘保护．通信电缆接头防水。以及钢管线路结合处的防护。

3、在医学上的应用

形状记忆聚氨酯纤维在医学同形材料、运动护套、织物、人造头发。特别是在可生物降解的医用组够{缝合线等领域湿示广阔的应用前景。

1）血管缝合线、止血钳、医用组织缝合线。先将缝合线拉伸200%，然后定形。手术完后，随体温的升高，手术线的形状记忆回复．伤口逐渐被扎紧而闭合。

2）植人材料。热敏形状记忆聚氨酯可植入体内，放于需医疗的位置，通过体温获得需要的形状，当完成其生理功能后，该植入材料在体内慢慢降解或被吸收，或被排放，这类材料无须进行第二次手术将所植入的材料取出，极大地减轻了病人的痛苦。可生物降解的植入材料的分子设计包括选择合适的继结点以固定聚合物的永久形变，选择合适的分子链段充当开关链节．以及选择合适的原材料和合成方法．以最大限度地减小毒性。另外还必须考虑生物相容件。

3）同形材料。形状记忆聚氨酯酸形、固形、形状回复方便，形状记忆温度易于调节．质轻、生物相容性好，透气、抗菌．在医疗矫形方面得到广泛应用。是石膏类同形材料的理想替代品。

航空、航天的部署组件和结构：例如，智能材料和织物、电子包装或管的热收缩膜、航空的自部署太阳帆、智能医药器件等。

对于传统太空部署结构，通过使用机械铰链、能量储存器或马达驱动工具来完成轨道结构配置的改变，而SMPs及其复合材料制备的部署构件可以克服某些内在缺点，如复杂组装过程、大规模的机制、大体积。

形状记忆聚合物在铰链、天线、光学反射镜及变形结构等中有基础应用 通过CHEM泡沫技术，测得了一些基础性能数据，证明形状记忆聚合物及其复合材料在太空、商业、生物医药领域有不同于其他可部署结构的有点。

具体的日常生活中的应用：基于SMPs的形状记忆纤维应用于发展热激发的“smart”织物或未来智能衣服。

NMPs材料及其在医药领域的潜在应用：NMPs作为临床器件被植入人体后，其玻璃转化温度可以控制SMPs的形状恢复/自部署。新开发的SMP泡沫，结合冷蛰伏弹性记忆（CHEM）加工工艺进一步拓宽了其潜在生物医药应用。SMP材料小型化和变形后，通过微导管植入体内，到达正确位置后，恢复其原始设定形状。

SMP根据其回复原理可分为:热致型SMP、电致型SMP、光致型SMP、化学感应型SMP等 。

形状记忆聚合物热致型SMP

日本的石田正雄先生最先发现, 热致型SMP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 ,即保持成型制品形状的固定相和随温度变化会发生软化，硬化可逆变化的可逆相 。 固定相的作用在于原始形状的记忆与恢复 ，可逆相则保证成型制品可以改变形状 。 根据固定相的结构特征 ， SMP可分为热固性和热塑性两大类 ,除此之外还有一种所谓的 “ 冷变形成型”的形状记忆聚合物材料。

形状记忆聚合物电致型SMP

电致型SMP是热致型形状记忆高分子材料与具有导电性能物质（如导电炭黑、金属粉末及导电高分子等）的复合材料。其记忆机理与热致感应型形状记忆高分子相同，该复合材料通过电流产生的热量使体系温度升高, 致使形状回复, 所以既具有导电性能，又具有良好的形状记忆功能。

形状记忆聚合物热固性SMP

热固性SMP是将聚合物加温到熔点（tm）以上和交联剂共混，接着在模具里进行交联反应并确定一次形状，冷却结晶后即得到初始态，其化学交联结构为固定相 ,结晶相为可逆相 。 当温度升高至 tm 以上时，可逆相熔融软化，在外力的作用下可做成任意的形状保持外力并冷却固定，使分子链沿外力方向取向冻结得到变形态 。 当温度再升高至tm以上时，可逆相分子链在熵弹性作用下发生自然卷曲，直至达到热力学平衡状态，从而发生形状回复，记忆一次形状 。

形状记忆聚合物热塑性SMP

热塑性SMP实质上是高分子链以物理交联的方式形成固定相和可逆相 。 当温度升高至玻璃化转变温度 ( tg ) 以上时，可逆相分子链的微观布朗运动加剧，而固定相仍处于固化状态，此时以一定外力使SMP发生变形，并保持外力使之冷却，可逆相固化得到稳定的新形状即变形态 。 当温度再升高至tg以上时，可逆相软化，固定相保持固化，可逆相分子链运动复活，在固定相的恢复应力作用下逐步达到热力学平衡状态，即宏观表现为恢复原状 。