形状记忆聚合物及其复合材料空间辐照环境效应研究进展

形状记忆聚合物及其复合材料具有密度低、可回复变形大、刺激方式可控、成本低等优点,可应用于空间可展开结构,但空间辐照环境对其在轨安全带来了严重的威胁。首先介绍了形状记忆聚合物及其复合材料的分类,接着总结了基于形状记忆聚合物的空间可展开结构应用现状,然后分析了高能电磁辐射、高能粒子辐射和原子氧等空间环境对形状记忆聚合物及其复合材料性能的影响,最后对形状记忆材料空间辐照环境效应的研究成果进行了总结并对未来发展方向进行了展望。

生物降解性形状记忆聚合物的研究进展

形状记忆聚合物(SMP)可以在特定的刺激下改变形状,是一类应用前景广阔的智能材料。生物降解性SMP可以在人体内分解。这种材料符合生物医学应用中的严格要求,是微创手术和可触发生物医学设备的理想选择,对其中部分材料已经进行了深入的研究,并有着广泛的用途。文中综述了聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、聚十二烷甘油酯(PGD)、聚(ω-十五酸内酯)(PPDL)等几种主要的生物降解性形状记忆聚合物的研究进展,并对其形状记忆效应的机理进行了分析和介绍。

光响应形状记忆聚合物的研究进展

光响应形状记忆聚合物是一类刺激响应智能材料,它可以根据光照变化做出相应的形状改变。相比于传统的热响应形状记忆聚合物,光响应形状记忆聚合物具有远程控制、非接触式操作、局部驱动等优点。通过综述光响应形状记忆聚合物的研究进展,介绍光响应形状记忆聚合物的定义、机理、研究现状,以及光响应形状记忆聚合物在自修复材料、柔性电子器件和传感驱动领域的应用前景。总结了光响应形状记忆聚合物的优点,提出所面临的问题并进行了展望。

面向火星探测的环氧形状记忆聚合物复合材料的性能研究

国家火星探测任务是建设航天强国进程中的重大标志性工程,是中国航天走向更远深空的里程碑工程.智能材料这种集材料、结构和功能于一体的先进材料将会对火星探测任务有所助力.形状记忆聚合物及其复合材料作为一种典型的智能材料,可在有效减轻载荷的同时实现自主变形,已经在地球同步轨道航天器的应用中崭露头角.因此有必要研究这种新型环氧基形状记忆聚合物复合材料应用于火星探测工程的可能性.首先,针对“天问一号”火星探测器的任务需求,设计了一个具有自释放功能的着陆平台国旗装置.其中的锁紧释放装置由碳纤维增强的形状记忆聚合物复合材料制成,分别从静态拉伸力学性能、动态热机械性能和形状记忆性能三个角度评估了空间辐照和长期存储对形状记忆聚合物复合材料的影响.其中,空间辐照包括γ射线和紫外射线,辐照剂量分别为5×10^(5)rad和23.6 kCal.长期存储分为低温-196℃、室温25℃和高温85℃存储30天,和低温-196℃存储457天两组实验.最后,从“祝融号”火星车所携带相机拍摄的照片可以看到五星红旗被成功释放,旗面平整、图案清晰.这说明所研究的环氧基形状记忆聚合物复合材料可成功应用于火星探测任务,未来有望以多种结构形式助力我国的火星采样返回乃至其它深空探测任务.

氰酸酯/聚丁二烯环氧树脂形状记忆聚合物的制备及性能

为解决当前多数形状记忆聚合物在应用中存在力学性能及形状回复力不足的问题,文中利用双酚E型氰酸酯与聚丁二烯环氧树脂共固化制备了氰酸酯/聚丁二烯环氧树脂(CE/EHTPB)形状记忆树脂体系。运用傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、热失重分析、吸水率测试、动态力学热分析、力学性能测试和形状记忆性能测试等对CE/EHTPB树脂体系的结构和性能进行了分析,探究了聚丁二烯环氧树脂的含量对体系性能的影响。结果表明,CE/EHTPB形状记忆树脂体系的初始热分解温度在325℃以上,吸水率不小于1.612%,具备良好的热稳定性和耐湿性;随着EHTPB含量增加,CE/EHTPB形状记忆树脂体系的韧性增加,冲击强度最高可达13.92 kJ/m^(2),拉伸强度、弹性模量和弯曲强度逐渐降低至55 MPa,620 MPa和88 MPa;CE/EHTPB形状记忆树脂体系的玻璃化转变温度在164~259℃范围内可调,经过10次循环测试后,其形状固定率和形状回复率皆大于97.5%,可广泛应用于空间可展开结构。

形状记忆聚合物在4D打印技术中的应用进展

形状记忆聚合物(SMP)是一种典型的智能材料,其在特定条件下可以变形成临时形状,并在环境条件变化下固定该临时形状,再次受到刺激后可以主动回复到初始形状。在智能制造领域,智能材料与增材制造技术的结合催生了4D打印技术,实现了3D打印领域的跨越发展。当前主要发展的是形状记忆聚合物4D打印技术。文中重点介绍了4D打印SMP的实现方式以及各种刺激响应材料的特点,然后介绍了基于形状记忆聚合物的4D打印结构在航空航天、生物医疗和柔性机器人领域的应用研究,最后总结了4D打印形状记忆聚合物未来可能遇到的问题并展望了其未来可能的研究方向,旨在让更多人认识4D打印技术,促进其在各行业的应用发展。

温敏型形状记忆聚合物及其在雄安新区热储钻进的应用展望

雄安新区地热资源丰富,其深部蓟县系雾迷山组碳酸盐岩热储是目前首要的目标储层。其碳酸盐岩热储高度发育地裂隙网使得钻井中存在钻井液严重漏失与储层伤害问题,导致地热井产能下降。为在实现地热钻井裂隙封堵的同时不伤害热储层,从而最大程度地提高地热井产能,本文提出应用温敏型形状记忆聚合物对温度响应的形状记忆特性以实现雄安新区裂隙型碳酸盐岩热储钻进过程中屏蔽暂堵。温敏型形状记忆聚合物既能够有效地应对雄安新区目标热储由于裂隙发育而造成的钻井液漏失问题,在地热井生产时又能够完全离开储层裂隙从而最大程度实现热储保护,是一种具有发展潜力的裂隙型热储屏蔽暂堵技术,为雄安新区高效地热钻井及热储保护技术提供一种新的技术手段。

基于温敏形状记忆聚合物的堵漏水泥浆体系研究

文章针对深井长裸眼大尺度裂缝发育井段固井漏失难题,基于自主研制的温敏形状记忆材料,复配耐温刚性支撑颗粒及纤维类堵漏材料,以高抗挤玻璃微珠低密度体系为基础,构建了新型堵漏水泥浆体系。该体系耐温150℃,流变、流动度等综合性能良好。文章采用自主研制的多尺度裂缝动态堵漏实验评价装置,针对3 mm、6 mm裂缝开展了堵漏水泥浆封堵能力评价,6 mm裂缝承压能力可达8.5 MPa,堵漏性能优异。室内研究结果表明:针对3 mm窄裂缝,1~2 mm刚性颗粒架桥,结合温敏膨胀网即可形成封堵;针对6 mm大裂缝,以2~3 mm刚性大颗粒一次架桥,1~2 mm刚性球二次架桥填充,温敏膨胀网覆盖,纤维扦插增强形成较致密封堵墙可以实现有效封堵。研究成果可望为深井防漏堵漏固井技术优化提供参考与指导。

磁响应形状记忆聚合物在医学中的应用与研究进展

磁响应形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer,SMP)是在SMP的基础上,通过引入磁性粒子以实现磁响应的新型材料,其远程非接触的传导控制方式为临床治疗和新型智能医疗器材的研发提供了新的方案。本文介绍磁热效应概念,并对磁热响应形状记忆机理进行阐述,综述磁响应SMP在不同医学领域中的研究进展,尤其是与4D打印技术的创新性结合,分析磁响应SMP的优点与所面临的问题,并对今后的应用进行展望。

4D打印形状记忆聚合物的变形机制与响应方式研究

4D打印技术以3D打印技术为基础,是一种可变特性快速成型技术,能使通过增材制造得到的成型固件在外界激励下发生形状、结构或功能的改变。本文首先通过调研及查阅文献,对4D打印形状记忆聚合物的记忆原理及特性进行综述;其次对5类形状记忆材料进行分析,得出其变形机制;最后对这5类材料的响应方式进行研究和总结,给形状记忆材料的选用提供参考。

形状记忆聚合物及其复合材料在航天领域的应用进展

首先介绍了形状记忆聚合物及其复合材料,概述了该类材料的形状记忆机理。然后重点评述了基于形状记忆聚合物复合材料的可展开铰链、可展开桁架、可展开太阳能电池阵列、锁紧释放机构的结构和性能特点,指出了各类应用的优缺点及适用条件。最后,总结并展望了基于该类材料的空间可展开结构的未来研究重点和发展趋势。

形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用

综述了形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用。形状记忆聚合物是一种智能主动变形的高分子材料,该材料在外界激励作用下能够产生较大的可回复变形,可应用于智能主动变形结构。首先简述了形状记忆聚合物的研究现状,然后分别介绍了颗粒、短纤维和连续纤维增强的形状记忆聚合物复合材料的研究现状,并重点评述了三种复合材料的电-热致驱动变形性能。此外,本文还介绍了纤维增强形状记忆复合材料在空间可展开结构上的应用,主要包括可展开铰链、可伸缩梁和可展开天线等。

形状记忆聚合物及其在航空航天领域中的应用

介绍了形状记忆聚合物的最新研究进展,从结构角度分析和探讨了不同聚合物产生形状记忆效应的原理,其中,聚烯烃类形状记忆聚合物都具有化学交联和半结晶的结构;相反,形状记忆聚氨酯则具有物理交联和相分离的结构。而液晶弹性体的形状记忆效应则是由于液晶态的相转变而实现的。文中还对聚氨酯、交联聚乙烯、液晶弹性体等形状记忆高分子材料的特性及其在变形机翼、自展开结构等航空航天领域的应用进行了介绍和评价。

形状记忆聚合物及其应用前景

介绍了形状记忆聚合物的形状记忆效应机理,对其不同驱动方式进行比较和评价,并且系统介绍了形状记忆聚合物在航天航空、生物医疗、纺织、温度指示、防伪指示以及微流体混合器等工程领域的应用。针对形状记忆聚合物目前开发和应用的大趋势,分析了形状记忆聚合物的多功能化研究现状,通过比较本征型和复合型导电形状记忆聚合物,说明了本征型导电形状记忆聚合物材料的优越特性和广阔的应用前景。

形状记忆聚合物热力学本构方程

借鉴聚合物结晶学相关理论,建立了一个针对该类材料的新的热力学本构关系,通过与已有实验结果相比较,发现理论预测值与实验吻合较好.

形状记忆聚合物复合材料的研究进展

形状记忆聚合物复合材料已成为形状记忆材料的研究热点和重点,文中针对近年来形状记忆聚合物复合材料的最新研究进行了综述。分别对颗粒增强、纤维增强和颗粒纤维混合3类增强材料制备的形状记忆聚合物复合材料的结构与性能特点进行了分析和评述;着重阐述了形状记忆聚合物复合材料形状记忆效应的机理以及影响形状记忆行为的因素;分析了形状记忆聚合物复合材料研究中存在的问题,同时对形状记忆聚合物复合材料的应用前景进行了展望。

增强形状记忆聚合物材料研究进展

本文介绍了增强形状记忆聚合物的最新研究进展,详细探讨了各种增强材料对形状记忆聚合物的形状记忆效应的影响,总结了增强形状记忆聚合物研究的若干热点问题。

形状记忆聚合物表面微结构及黏附性能的可逆调控

采用模板法在形状记忆聚合物表面构筑了微纳米等级结构,获得了一种具有低黏附性的超疏水表面.在外压作用下,表面微结构发生坍塌,失去超疏水性,同时呈高黏附性.在120℃热处理后,表面微结构恢复到原始状态,同时表面恢复到低黏附状态.通过外压及热处理过程可实现对表面微结构及其黏附性能的可逆调控.研究结果表明,表面不同的微结构状态赋予了表面不同的黏附性能,即在原始表面上,液滴处于低黏附的Cassie态,而在坍塌结构表面上水滴处于高黏附的Wenzel态.

完井用多孔隙形状记忆聚合物的性能影响因素研究

由单一相对分子质量多元醇制备的多孔隙形状记忆聚合物的性能无法满足完井的要求,需要采用不同相对分子质量多元醇制备多孔隙形状记忆聚合物。为给制备适用于不同井下条件的多孔隙形状记忆聚合物提供依据,通过改变不同相对分子质量多元醇的质量比,制备了不同的多孔隙形状记忆聚合物,并测试其力学性能、玻璃化温度、热敏性能和观察其孔隙结构,分析了不同相对分子质量多元醇的质量比对其性能的影响规律。低相对分子质量与高相对分子质量多元醇的质量比越大,多孔隙形状记忆聚合物的硬度、压缩强度和弯曲强度越高,玻璃化温度、热形变温度、形变恢复温度和开孔率越低,泡孔尺寸越大,孔型系数和泡孔壁厚越大,结构的各向异性越强。研究表明,通过调整制备原料中不同相对分子质量多元醇的质量比,可获得具有一定力学强度,同时满足不同井下温度条件形状恢复、对不同粒径地层砂具有滤砂过流功能的完井用多孔隙形状记忆聚合物。

热固性环氧树脂形状记忆聚合物的研究进展

热固性环氧树脂形状记忆聚合物是目前形状记忆聚合物研究领域的热点之一,文中介绍了热固性环氧树脂形状记忆聚合物的最新研究进展,详细探讨了各种热固性环氧树脂形状记忆聚合物的特点与性能,以及温度、辐射、固化程度对环氧树脂形状记忆聚合物性能的影响,并对环氧树脂形状记忆复合材料的性能进行了讨论,最后分析了热固性环氧树脂形状记忆聚合物研究中存在的问题。