基于EMA热塑性弹性体的热致型形状记忆高_ballbet贝博网站app登录入口 基于EMA热塑性弹性体的热致型形状记忆高_ballbet贝博网站app登录入口
杂志信息网-创作、查重、发刊有保障。

基于EMA热塑性弹性体的热致型形状记忆高分子的制备与性能

更新时间:2020-05-04

研究·开发弹性体,2020-02-25,30(1):12~16CHINAELASTOMERICS基于EMA热塑性弹性体的热致型形状记忆高分子的制备与性能*廖珂锐,李嘉豪,王兆波**(青岛科技大学材料科学与工程学院,山东青岛266042)摘要:以乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)制备热致型形状记忆高分子,通过伺服控制拉力试验机、差示扫描量热分析、拉伸夹具和电热恒温水浴锅研究了其力学行为、取向结构、结晶行为及不同变形模式下的形状记忆行为,并研究了形状记忆效应受到预热温度和回复温度的影响规律。结果表明,EMA拉伸样品的表面存在明显的取向结构,这为其形状回复提供了驱动力;EMA具有良好的结晶性能,且熔融温度为98℃;拉伸、螺旋和卷曲模式下,EMA样品均呈现出良好的形状记忆效应;当变形温度接近EMA的熔融温度时,EMA样品的形状固定率大于95%且形状回复率大于90%;EMA样品的形状回复速率会随着温度的升高而加快。关键词:乙烯-丙烯酸甲酯;形状记忆高分子;热塑性弹性体;微观结构中图分类号:TQ334.9文献标识码:A文章编号:1005-3174(2020)01-0012-05DOI:10.16665/j.cnki.issn1005-3174.2020.01.003SMP)是一类能在外界刺形状记忆高分子(年日本三菱公司成功开发出形状记忆聚氨酯树激下进行形状转变的智能材料,在一定的外界刺脂[10];1999年Nakayama将聚丙交酯和聚己内酰激条件下,可以迅速地由临时形状向初始形状或胺共混制得形状记忆材料[11]。到目前为止,SMP永久形状转变,并受到了研究者们的广泛注意,同材料仍大多成本相对较高且工艺较复杂。时,在过去数十年里得到很大的发展。依据其实现形状记忆的机制不同,可分为热致、光致、电致、[14]pH、化学感应型等-。本研究涉及到的热致型乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)是由乙烯单体与丙烯酸甲酯在引发剂的作用下聚合而形成的无规共聚物。与结晶高分子聚乙烯相比,EMA形状记忆高分子(HSMP),其形状记忆过程可表相当于在乙烯分子链上引入了丙烯酸甲酯单体,述为:将具有一定初始形状的材料升温,达到一定降低了聚乙烯原有的结晶性能,由于分子链间距变形温度后,使其在外力下变形,然后快速降温固被丙烯酸甲酯单体增大,使得其柔软性和弹性得定形变,最终在回复温度下进行形状回复,高分子到增强,大大降低了熔点。本实验以丙烯酸甲酯的变形温度多为玻璃化转变温度或熔融温度,加质量分数为9%的EMA为研究对象,对其力学行热的方式有电源加热、红外光照射和电场加热为、取向结构、结晶行为及其形状记忆行为进行了等系统研究。。HSMP主要通过形状回复率、形状固定[5-6]率的大小来量化表征形状记忆性能的好坏。1941年,“形状记忆”现象由Vernon等人首次发现并描述[7];20世纪60年代,具有形状记忆功能的聚乙烯开始被广泛用作包装材料;1988[8-9]1实验部分1.1原料EMA:牌号AC1609,醋酸乙烯质量分数为ZR2017MEM021)*基金项目:山东省自然科学基金项目(作者简介:廖珂锐(1995-),男,重庆綦江人,在读硕士研究生,主要从事热塑性硫化胶的研究工作。1971-),男,山东龙口人,教授,主要研究方向为热塑性弹性体及功能高分子材料。**通讯联系人:王兆波(收稿日期:2019-10-21 第1期·13·廖珂锐,等.基于EMA热塑性弹性体的热致型形状记忆高分子的制备与性能9.0%,美国杜邦公司。/(SR=(L2-L3)L2-L0)1.2仪器及设备50T平板硫化机:SK2401,上海群翼橡塑机(2)2结果与讨论温水浴锅:HWS12,上海一恒科学仪器有限公司;2.1EMA的力学性能表1是EMA的力学性能。根据ASTMD1566-2014,断裂伸长率大于100%,100%定伸伺服控制拉力试验机:GT-TCS-2000,台湾高铁永久形变小于50%,可归为弹性体的范畴。由于科技股份有限公司;硬度仪:LX-A,上海险峰电影本实验中所研究的EMA均满足以上条件,所以机械厂;场发射扫描电子显微镜(FE-SEM):JSM-可以将EMA归类为弹性体。EMA所具有的高6700F,日本电子公司;差示扫描量热仪(DSC):拉伸强度、撕裂强度和硬度为EMA在高温下拉204F1,德国耐驰公司。伸提供了力学基础。械有限公司;冲击机:CP-25,江都市试验机械厂;拉伸夹具:LS-60型,湖北十堰机械公司;电热恒1.3试样制备表1EMA的力学性能首先将定量EMA置于模具中,在平板硫化机上于165℃下预热7min,排气5~8次,在10n,冷压8min后将样品取MPa压力下保压8mi拉伸强度/MPa断裂伸长率撕裂强度邵尔A100%定伸/%/(永久形变/%kN·m-1)硬度11.59702.793.386151.4性能测试2.2EMA拉伸样品的表面形貌图1为EMA拉伸样品的FE-SEM照片。从1.4.1力学性能图1可以看出,拉伸后的EMA样品表面形成了出,并裁制成标准哑铃型试样[12]。拉伸强度和撕裂强度分别按照GB/T528-2009和GB/T529-2008进行测试,拉伸速度为一定取向结构。当样品加热至一定温度,将发生解取向,使形状回复到取向之前。500mm/min;邵尔A硬度按照GB/T531-2008进行测试。1.4.2拉伸表面形貌真空条件下在拉伸试样表面喷涂一薄层金,而后采用FE-SEM观察其表面的取向结构。1.4.3结晶行为采用204F1型差示扫描量热仪测试,氮气氛围,升温范围为-40~110℃,升温速率为10℃/min。图1EMA拉伸侧面的FE-SEM照片1.4.4形状记忆效应形状记忆效应采用文献[13]所述方法表证:(1)在哑铃型试样上取2cm(L0)并标记上平行2.3EMA的结晶行为图2为在形状记忆测试过程中EMA样品的的两条直线;(2)将(1)中的试样在变形温度下预DSC曲线。热10min;(3)在变形温度下将标记由2cm拉伸至4cm;(4)保持负载的情况下,放入冰水(1~3℃)中冷却定型5min,记录下两标记距离L1;(5)去除负载,将试样在室温下放置24h,记录下两标记距离L2;(6)将固定好的试样在回复温度下保温5min后,标记之间的距离为L3。根据公式(1)和公式(2),计算出试样的形状固定率(SF)和形状回复率(SR),并以5个试样的平均值作为结果。/(SF=(L2-L0)L1-L0)温度/℃(1)(a)熔融曲线 ·14·弹性体第30卷在不同变形模式下,EMA样品的形状记忆行为,在95℃下变形和回复。从图4可以看出,EMA试样能在变形到螺旋状与卷曲状后,分别在20s和30s内回复到初始形状,表明EMA可以有热量激发其形状记忆行为。从图3和图4可见,本研究所用EMA材料具有优异的形状记忆性能。温度/℃(b)结晶曲线图2EMA的熔融曲线与结晶曲线图2(a)为EMA的熔融曲线,图中显示EMA的熔点为98℃,由于EMA共聚物是非极性乙烯分子链与极性丙烯酸甲酯单体的无规共聚物,乙烯分子链段的晶体结构被破坏,所以EMA具有较宽的熔融区域。图2(b)为EMA的DSC曲线的结晶峰部分,显示EMA在79.9℃时开始结晶,并在75.6℃达到最大峰值,表现为在快速冷却下(20℃/min)具有较好的结晶定形能力。2.4EMA的形状记忆行为图3为拉伸模式下EMA样品的形状记忆行为,EMA样品的拉伸变形及回复温度均为95℃。从图3可以看出,在拉伸模式下的EMA样品展现出优异的形状记忆效应。由于EMA是利用晶体的熔融与结晶来实现形状记忆性能,所以本实图4在95℃下EMA不同形变的形状记忆图5为EMA的形状记忆性能受变形温度的影响,均在95℃下回复。从图5可见,形状固定率明显受变形温度影响,主要表现为变形温度越高,形状固定率越高。这是因为在较高温度下,EMA中部分晶区熔化,EMA链段间作用力下降,使得链段的重排更为容易快速,且回复动力小。从图5还可以看出,在低于95℃时,形状回复率随着变形温度的增加而增加,当变形温度高于95℃以后,其形状回复率大大下降,这是因为过高的温度使得样品的取向结构还未能被冻结就已经较大程度地解取向了,最终使得后续升温形状回复的过程中回复驱动力不足。验将变形温度定在EMA的熔点附近。温度/℃图5EMA样品的形状固定率与形状回复率基于上述结果,提出了一种EMA形状记忆图3在95℃下拉伸回复的EMA的形状记忆效应的形成机制,如图6所示。图6(a)中在高温下的样品保持着初始形状,在高温下进行拉伸[见图6(b)],之后冷却至熔融温度以下,试样在拉伸事实上,样品可以具有不同的临时形状,且不状态下开始结晶,并在快速的冷却中定形[见图6受以前的形状与形状记忆实验影响。图4显示了(c)],去除外力后,试样只有微小的回复,并保持 第1期廖珂锐,等.基于EMA热塑性弹性体的热致型形状记忆高分子的制备与性能·15·拉伸后的形状[见图6(d)]。这种微小的回复同温度接近EMA的熔融温度时,其形状回复率达时发生在晶区与非晶区,非晶相具有回复到初始形状的趋势,为这种回复提供主要的动力,而晶相到最大,即EMA的最佳形状回复温度取决于[]EMA的熔点。根据时间-温度等效原理14,随着则较为刚性,回复非常小。当温度再次加热到超回复温度的升高,由于形变回复速率的加快,大大过熔融温度时,EMA样品内部的部分微晶被融缩短形状回复的时间,这是因为高分子链段的活化,分子间作用力下降,使得链段回复到无序状性会随着温度升高而有所提高,从而使回复速率态,此时样品由临时形状回复到初始形状。从图得到提高。6(c)可以看出,当EMA样品在外力作用下发生拉伸变形时,晶区较非晶区先发生取向,形成的微晶与物理交联点联合大大阻止了链段的回复,使得样品在拉伸阶段不会从临时形状立即回复,且在迅速降温阶段能够被保留下来。由于材料并非完全结晶,依然存在一部分非晶区,致使试样拉伸后的形状并不能完全固定。3结论(1)FE-SEM表明,拉伸后的EMA样品的表面存在细小的取向结构。(2)DSC表明,EMA具有明显的结晶现象及良好的结晶性能。(3)形状记忆研究表明,EMA在不同形变模式下都具有形状记忆效应;当变形温度接近EMA熔融温度(98℃)时,EMA可同时获得良好的形状固定率(95%以上)和形状回复率(90%以上);EMA的形状回复速率和回复率都随着温度的升高而逐渐增加。参考文献:[形状记忆聚合物材料的研发和应用1]王颖悟,夏琳,辛振祥.[合成橡胶工业,J].2014,37(5):401-404.[2]RODRIGURZED,WEEDDC,MATHERPT.Anisotropic图6EMA形状记忆机制示意图图7为形状回复率及达到最大形状回复率所需时间与回复温度的关系曲线,样品在95℃下变形。shape-memorlastomericomposites:fabricationandcyetesting[J].MacromolecularChemistrics,2013,yandPhys214(11):1247-1257.[3]ZHAOTT,TANM,CUIYL.Reactivemacromolecularmicellecrosslinkedhilelastichydrogelwithwater-trighyg-riour[J].PolrChemistrredshapememoybehavymey,ge2014,5(17):4965-4973.[4]WAYAE,HSUL,SHANMUGANATHANK,etal.pH-responsiveellulosenanocrtallscompositescgeandnanoys[J].ACSMacroLett,2012,1(8):1001-1006.[5]WANGYK,ZHUGM,CUIXP.Electroactiveshapememoreffectofradiationcross-linkedSBS/LLDPEcom-ysitesfilledwithcarbonblack[J].ColloidandPolrpoymeScience,2014,292(9):2311-2317.[6]LUOXF,MATHERPT.Trile-shaecompositeslricpppoyme温度/℃图7不同温度下EMA的形状回复率和达到最大回复率的时间由图7可知,形状回复率随着回复温度的增加而逐渐增加,在95℃后保持在90%左右。当(TSPCs)[J].AdvancedFunctionalMaterials,2010,20(16):2649-2656.[7]LESTERB,VERNONB,VERNONHM.Processofmanu-facturingarticlesofhermoplastictheticesins:USPtsryn2234993[P].1941-03-18.[8]RAINERWC,REDDINGEM,HITOVJetl.Heat-J,ashrinkablelthylene:USP3144398[P].1964-08-11.poye ·16·弹性体第30卷[9]PERRONERJ.Heat-shrinkablearticlesmadefromsilicone[13]WANGYK,ZHUGM,TANGYS,etal.Mechanicalandrubber-polthylenecompositions:USP3326869[P].1967-yeshapememoriorfcallrosslinkedSBS/ochemiybehavyc06-20.LDPEblends[J].JournalfPolrResearch,2014,21oyme[热致形状记忆高分子的研究进展10]王诗任,吕智,赵伟岩,等.[高分子材料科学与工程,J].2000,16(1):1-4.[溶液法合成聚氨酯的形状记忆材料及其性能11]于明昕,周啸.[清华大学学报(自然科学版),J].2002,42(5):607-610.[12]程相坤,赵洪玲,王兆波.EPDM/HDPE热塑性硫化胶的结弹性体,构与性能研究[J].2011,20(1):65-69.(4):1-10.[14]LIUH,Litl.ThermostimulativeSC,LIUY,eashape/pomemoreffectoflinearlow-densitlthylenelro-yypoyeyplene(LLDPE/PP)blendsco

《弹性体》 2020年第1期
《弹性体》2020年第1期文献
100%安全可靠
7X18小时在线支持
支付宝特邀商家
不成功全额退款
龙8pt老虎机网页登录必威体育88贝博app安卓平台注册认证