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导读
阐述了热收缩聚氨酯(TPU)材料的记忆原理及具有记忆功能的材料结构,并介绍了描述聚合物热收缩行为的相关参数和数学模型。热收缩TPU材料具有软硬段的两相微区或交联结构,通过冷拉或热拉赋形,材料在回复温度恢复原来的初始形状,其热收缩行为可用黏壶模型表述,介绍了其相关参数。综述了TPU热收缩材料的研究现状,包括软硬段相分离结构、交联结构的热收缩聚氨酯及其复合材料。展望了热收缩聚氨酯材料的未来发展趋势,指出需提高热收缩TPU材料回复的准确性和回复力以及开发功能感应性和满足特殊领域使用要求的新型TPU材料。
文
王林生 等(北京化工大学)
引言
储能技术一般包括物理储能、化学储能和电磁储能,而聚合物热收缩材料是冻结应力后经加热熔融再释放分子链,完成机械形状的回复,是聚合物分子链伸展和固定的物理变化,属于实现物理储能的材料之一[1]。聚合物热收缩材料又称热致型形状记忆高分子材料,作为形状记忆材料的重要分支,是指具有两相微区或交联结构的高分子材料,经过混炼、成型、交联、加热、扩张、冷却定型(冻结应力)所得制品在回复温度下能自动回复到材料的初始形状。目前该材料主要应用在航空航天、医疗器械、包装、汽车电子等行业[2]。
作为聚合物热收缩材料中的一种,聚氨酯(PU)热收缩材料是一种嵌段共聚物,在Tg以下可以定型或直接冷拉定型,当在回复温度以上时恢复原来定型时的形状,可通过调节各组分的组成和配比得到具有不同记忆温度的材料[3]。通过分子设计、原位复合以及物理化学改性等手段调节聚氨酯分子中软、硬段组分的种类、含量[4],可获得具有不同临界记忆温度的聚氨酯类热收缩材料。若将Tg设定在室温范围,则可得到室温形状记忆聚氨酯。国内外的文献报道主要以嵌段结构的线型聚氨酯为主,其提供形状固定的物理交联点在应力的重复作用下容易被破坏,经多次赋形拉伸后这类聚氨酯的形状恢复会有残余[5],热收缩性能的重复使用效果较差。
目录
1 热收缩材料的记忆原理及其结构
2 热收缩聚合物的相关参数及数学模型
3 聚氨酯热收缩材料的发展现状
3.1 软硬段相分离结构的热收缩聚氨酯
3.2 交联结构的热收缩聚氨酯及其复合材料
4 展 望
结语
聚氨酯热收缩材料的应用领域非常广泛,这样也对聚氨酯热收缩材料的性能提出了更高的要求。未来热收缩聚氨酯材料的发展主要集中在以下几个方面。
(1)改善聚氨酯热收缩性能,主要是增强形状收缩回复的准确性和回复力,并克服聚氨酯热收缩材料耐温性的不足。
(2)为适应社会发展的需要,不仅局限于聚氨酯热致型的形状记忆功能性,还需要如导电型、光致型、化学溶剂型等不同功能的感应型聚氨酯 材料。
(3)为满足一些如医疗、航空航天等特殊领域的需要,需开发透明、无毒、安全的用作医疗器械包覆和植入的聚氨酯热收缩材料以及能满足航空航天需要的抗静电、抗紫外、耐辐射等特殊性能的聚氨酯热收缩材料。
文章来源
王林生, 丁雪佳, 何金迎, 苏磊静, 李熙然, 雷晓慧. 热收缩聚氨酯材料的研究进展[J]. 储能科学与技术, 2013, 2(2): 126-131.
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