本文關(guān)鍵詞：形狀記憶聚氨酯回復力及其影響因素探究

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【摘要】：溫敏型形狀記憶聚氨酯(SMPU)因其具有良好的形狀記憶性能、力學性能、生物相容性和可降解性而在生物醫(yī)學工程、紡織、包裝等領(lǐng)域有著廣泛應用。SMPU的形狀回復率和形狀回復力對SMPU的應用至關(guān)重要。盡管有關(guān)SMPU形狀回復率的影響因素如變形率、變形溫度和回復溫度等的研究已相當廣泛,但有關(guān)SMPU形狀回復力的定量檢測及其影響因素的研究卻很少。構(gòu)建定量檢測SMPU形狀回復力的裝置,并深入探究回復力的影響因素和機制對于指導SMPU的材料設計、器械結(jié)構(gòu)設計和賦形方式等有重要指導作用。本課題組自主研發(fā)了一臺基于懸臂梁的張力計,并初步驗證了該張力計在定量檢測SMPU形狀回復力中的可行性。本研究進一步完善了該張力計的計算模型以提高檢測準確度,并采用該裝置定量檢測了SMPU變形方式、變形率、回復溫度等對形狀回復力的影響,從理論上分析了形狀回復力的機制。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)采用面力接觸模式替代點力接觸模式對回復力檢測系統(tǒng)進行了改進,確立了裝置的使用方法和檢測步驟,并對檢測裝置進行了校驗。改進裝置的有效檢測范圍為0-5N,誤差在2%以內(nèi),精度等級為1.0級。檢測結(jié)果具有較好的重復性。(2)采用壓塑成型法加工了SMPU板材(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg為40.7oC)。利用該裝置測試了拉伸變形率對拉伸回復應力的影響。研究表明,拉伸回復應力隨回復時間逐漸增大,到最大值后又逐漸減小;回復速率也隨變形率增大而增大;最大拉伸回復應力具有明顯的變形率依賴性:隨變形率增加,拉伸回復應力逐漸增大;在變形率為120%即彈性極限附近時回復應力達到最大值。(3)測試了彎曲變形率(180o、150o、120o)對SMPU板材回復力的影響。研究表明,SMPU板材的彎曲回復力隨著彎曲變形率增大而增大,在180°時達到最大值。(4)考查了回復溫度(=Tg,即=40oC)對SMPU拉伸回復應力的影響。結(jié)果表明,SMPU拉伸回復應力隨回復溫度增加而逐漸減小,但SMPU回復速率隨回復溫度增加而加快。在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近SMPU回復應力最大。(5)利用熱力學理論對SMPU板材的拉伸回復過程進行分析,得到拉伸回復應力σr與拉伸率λ之間的關(guān)系式:,其中A0、7)0分別為板材初始面積、長度,K為玻爾茲曼常數(shù),T為回復溫度,N為總網(wǎng)鏈數(shù)。該式表明,在材料的彈性極限范圍內(nèi),材料的回復應力隨著變形率的增加而變大,這與拉伸實驗所得規(guī)律一致。(6)對彎曲回復過程進行了理論分析,得到板材彎曲回復力Fr與彎曲角度θ之間的關(guān)系式:其中R、r分別為板材彎曲外曲面和內(nèi)曲面的半徑,L、b分別為板材的總長度和寬度,σs為屈服極限強度。該式表明材料的彎曲回復力隨著彎曲角度的增加而變大,這與彎曲實驗所得規(guī)律一致。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH873;TB381

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本文編號：1172544