形狀記憶復(fù)合材料——最有效的智能復(fù)合材料

最近，研究人員在《聚合物》雜志上發(fā)表了他們的研究成果，重點(diǎn)介紹了形狀記憶聚合物(SMPs)作為最高效的智能聚合物復(fù)合材料的優(yōu)勢。

形狀記憶聚合物(SMPs)是一種智能材料，能夠變形并鎖定為臨時(shí)形狀，然后在暴露于外部刺激時(shí)可以恢復(fù)其原始的永久形狀。SMPs的一個(gè)顯著特征是它們能夠在形狀記憶效應(yīng)(SME)過程中保留兩個(gè)以上的臨時(shí)形狀，這使它們成為需要在各種條件和多種外部刺激下控制的智能系統(tǒng)的優(yōu)秀候選者。在形狀記憶效應(yīng)中，SMPs通過負(fù)責(zé)保持其原始永久形狀的網(wǎng)點(diǎn)來記憶其原始永久形狀，而SMPs通過負(fù)責(zé)臨時(shí)形狀的交換域來實(shí)現(xiàn)其可逆形狀變化。

根據(jù)發(fā)表在《國際工程雜志》上的一項(xiàng)研究，研究人員正在利用這些特殊類型的智能聚合物復(fù)合材料的特性，將它們用于人造肌肉纖維的開發(fā)。

SMPs的力學(xué)限制限制了其在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用;然而，它們可以廣泛應(yīng)用于部件的機(jī)械響應(yīng)較少關(guān)注的領(lǐng)域。這為在生物醫(yī)學(xué)部件中使用SMPs開辟了道路。

在最近的發(fā)展中，肌肉纖維是由低過渡溫度聚合物和熱塑性彈性體與高剛度聚合物(如聚乳酸(PLA))混合而成的。這種共混物表現(xiàn)出通過共價(jià)鍵、分子間相互作用和交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)和分子開關(guān)相。

為了制備SMP合金薄膜，采用雙輥裝置在熱和強(qiáng)剪切力下熔化和混合聚合物組分，包括TPU(0 ~ 70%)、ABS(0 ~ 70%)和EVA(0 ~ 50%)。在合金體系中加入EVA可以提高纖維伸長率，而加入ABS相則可以提高纖維的模量。結(jié)果顯示smp在熱驅(qū)動(dòng)下的拉伸行為、收縮和能量釋放之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。這些纖維被強(qiáng)烈推薦用于合成肌肉的制造。

智能聚合物增材制造研究進(jìn)展

增材制造(AM)技術(shù)的最新進(jìn)展使智能聚合物和聚合物復(fù)合材料的制造成為可能，從而產(chǎn)生個(gè)性化、獨(dú)特和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，能夠隨著時(shí)間的推移適應(yīng)外部條件。增材制造工藝在生產(chǎn)具有優(yōu)化性能的復(fù)雜和精確定制材料方面的靈活性已經(jīng)導(dǎo)致了許多工業(yè)應(yīng)用。

根據(jù)發(fā)表在《聚合物復(fù)合材料》雜志上的最新文章，增材制造技術(shù)也被稱為3D打印(3DP)工藝。3D打印超越了創(chuàng)建功能有限的靜態(tài)3D對象，并擴(kuò)展到在其整個(gè)生命周期內(nèi)生產(chǎn)多功能和形狀可變的結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)被稱為4D打印(4DP)的概念。

智能聚合物在3D打印刺激響應(yīng)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，特別是在開發(fā)各種應(yīng)用的新材料方面。探索可逆性微觀/宏觀結(jié)構(gòu)智能聚合物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有很大的潛力。

雖然溫度響應(yīng)聚合物在增材制造中得到了廣泛的研究，但對不同材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的評估仍然缺乏，這是各種應(yīng)用中至關(guān)重要的方面，需要進(jìn)一步關(guān)注。

簡而言之，智能聚合物復(fù)合材料具有廣闊的前景，拓展了材料科學(xué)的視野。它們在現(xiàn)代遺傳學(xué)、紡織工程、合成纖維制造應(yīng)用引發(fā)了人們對智能復(fù)合材料領(lǐng)域的巨大研究興趣。

來源：中國復(fù)材