本文關(guān)鍵詞：雙向形狀記憶聚合物及其復(fù)合材料的開發(fā)與應(yīng)用　出處：《浙江理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：形狀記憶聚合物(Shape memory polymer,SMP)在受到特定的外界刺激后,能由預(yù)先固定的臨時形狀主動回復(fù)至初始的永久形狀。憑借這一特性,形狀記憶聚合物已在航空航天、生物醫(yī)學(xué)等高新領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的單向形狀記憶聚合物(One-way shape memory polymer,1W-SMP)經(jīng)賦形(Programming)后可固定一個臨時形狀,在回復(fù)至永久形狀后,不經(jīng)再次賦形則無法主動變回臨時形狀,其形狀記憶過程近似為“一次性”過程。與此不同,雙向形狀記憶聚合物(Two-way shape memory polymer,2W-SMP)經(jīng)一次賦形后,可在兩個形狀間進行多次可逆的形狀變化,相比單向SMP,雙向SMP使用更為方便可靠。因此,對雙向SMP的研究有助于進一步開拓SMP的實際應(yīng)用。本文選用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)為原料,以過氧化二異丙苯(DCP)為交聯(lián)劑,采用熱交聯(lián)工藝,成功制備了雙向形狀記憶EVA。通過調(diào)整DCP的添加量發(fā)現(xiàn),只有DCP加入量達到1.0wt%以上的交聯(lián)EVA才能表現(xiàn)出雙向形狀記憶特性。其中,加入3.0wt%DCP的交聯(lián)EVA在0.1 MPa的恒應(yīng)力下可逆應(yīng)變量最大,可達16.7%。加入4.0wt%DCP后,交聯(lián)EVA具有較為理想的二重形狀記憶性能(形狀固定率與回復(fù)率可分別達到96.6%和97.7%),且在雙向形狀記憶測試中同樣表現(xiàn)良好。為賦予雙向形狀記憶EVA電刺激響應(yīng)功能,本文以氣相生長碳纖維(VGCF)為納米填料,通過溶液混合-溶膠化的方法制備了VGCF-EVA復(fù)合材料。當(dāng)VGCF添加量達到15.0wt%時,試樣電阻率降至20.4Ω·cm,試樣在60 V電壓下迅速升溫且溫度分布均勻,并能夠在40 V電壓下執(zhí)行電響應(yīng)的雙向形狀記憶。該VGCF-EVA復(fù)合材料還具有驅(qū)動便捷,形狀轉(zhuǎn)變速度快等優(yōu)點。為進一步探究2W-SMP在智能控制中的實際應(yīng)用可能,本文利用雙向形狀記憶EVA為基礎(chǔ)材料,經(jīng)環(huán)氧導(dǎo)電銀膠涂覆、賦形后制得了智能溫控開關(guān)。此開關(guān)能夠在溫度達到52.7±2.8°C時主動展開,使電路斷開;當(dāng)溫度降至27.3±1.4°C時,開關(guān)又能夠變形至電路閉合狀態(tài)。這一智能器件有望應(yīng)用于智能開關(guān),如限流開關(guān)。本文表明,對EVA進行適當(dāng)交聯(lián)可賦予其雙向形狀記憶特性,制得的交聯(lián)EVA能夠在無應(yīng)力條件下穩(wěn)定進行多次形狀可逆變化;再經(jīng)加入VGCF導(dǎo)電填料復(fù)合改性,EVA基復(fù)合材料在保持原有雙向形狀記憶性能的情況下,兼具有電刺激響應(yīng)特性;最后,實驗證明得到的雙向形狀記憶EVA經(jīng)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,有望應(yīng)用于智能控制領(lǐng)域。
[Abstract]:Shape memory was stimulated by specific external stimuli. The ability to actively return to the initial permanent shape from a prefixed temporary shape. By virtue of this property, shape memory polymers have been used in aeronautics and astronautics. Traditional unidirectional shape memory polymer, One-way shape memory polymer, has been widely used in many fields such as biomedicine. 1W-SMPs can fix a temporary shape after shaping (programming). After returning to a permanent shape, it can't change back to the temporary shape without reforming. The shape memory process is approximately a "one-off" process, unlike the two-way shape memory polymer "Two-way shape memory polymer". 2W-SMP) can be changed several times between two shapes after one shape. Compared with unidirectional SMPs, two-way SMP is more convenient and reliable. The study of bidirectional SMP is helpful to further develop the practical application of SMP. In this paper, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) is used as raw material and diisopropyl peroxide (DCPs) as crosslinking agent. Bidirectional shape memory (DCP) was successfully prepared by thermal crosslinking. Only when the amount of DCP is more than 1.0 wt% can the cross-linked EVA show bidirectional shape memory properties. Under the constant stress of 0.1 MPa, the reversible strain of crosslinked EVA with 3.0wtP was the largest, reaching 16.70.After the addition of 4.0wtP, the reversible strain reached 16.7wtP. The cross-linked EVA has ideal dual shape memory performance (shape fixation rate and recovery rate can reach 96.6% and 97.7 respectively). In order to give the bidirectional shape memory (EVA) electrical stimulation response, gas phase growth carbon fiber (VGCF) was used as nano-filler. VGCF-EVA composites were prepared by solution mixing and solation. The resistivity of VGCF-EVA composites decreased to 20.4 惟 路cm when the content of VGCF reached 15.0wt%. The sample is heated rapidly at 60 V voltage and the temperature distribution is uniform, and can perform electric response at 40 V voltage. The VGCF-EVA composite also has a convenient drive. In order to further explore the practical application of 2W-SMP in intelligent control, we use bi-directional shape memory EVA as the basic material and coated with epoxy conductive silver adhesive. The intelligent temperature control switch can be developed when the temperature reaches 52.7 鹵2.8 擄C and the circuit can be disconnected. When the temperature drops to 27.3 鹵1.4 擄C, the switch can be deformed to the closed state of the circuit. This smart device is expected to be used in intelligent switches, such as current-limiting switches. Proper cross-linking of EVA can endow it with two-way shape memory property, and the crosslinked EVA can make many reversible shape changes under the condition of no stress. The composite modified with VGCF conductive filler has the characteristics of electrical stimulation under the condition of maintaining the original bidirectional shape memory property. Finally, the experimental results show that the bidirectional shape memory EVA is expected to be applied in the field of intelligent control through reasonable structural design.
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB381;TB332

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本文編號：1419250