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形状记忆高分子聚合物作为一类重要的功能材料,自20世纪80年代以来得到迅速发展,并且在航空航天、电力电子、医疗、包装、智能控制系统等领域具有广泛的应用。目前国内外已大量工程化应用的热塑性形状记忆高聚物主要包括:聚降冰片烯(PNBE)、反式聚异戊二烯(TPI)、形状记忆聚氨酯(SMPU)等,但对于热固性形状记忆树脂材料的报道相对甚少。作为空间展开结构的理想材料之一,国外关于形状记忆环氧树脂的关键技术和资料都是保密的,国内也只有少量几家科研单位从事该领域研究。
本论文采用化学合成法,通过选择合适的树脂基体和固化添加剂,实验室制备了六种具有不同形状转变温度的形状记忆环氧树脂,进而对其形状记忆性能及热力学性质开展了实验研究。具体内容包括如下:
(1)基体材料选用双酚A型环氧树脂E-51,固化剂选用对,对-二氨基-二苯-甲烷DDM和间苯二胺m-PDA,通过设计合适的比例,实验室制备了六种具有不同转变温度的形状记忆环氧树脂。
(2)针对本文制成的六种形状记忆环氧树脂,进行了控温箱内形状冻结和回复实验,通过测定不同样品回复过程中的曲率半径变化,实验获得了其低温下的冻结率,形状回复临界转变温度,以及形状回复率与温度之间的关系,并结合材料组分,对相关结果进行了理论分析。
(3)利用DSC差示扫描量热法测定了六种样品的玻璃化转变温度Tg,利用DMA动态热机械分析仪测定了六种样品储能模量、损耗模量及损耗角随温度的变化情况。在此基础上,分析了固化剂种类及配比对材料功能及热力学性能的影响。
本文相关研究工作对进一步制备高性能形状记忆环氧树脂体系,了解此类功能材料的基本热力学性质,建立与之对应的热力学本构,以及促进其工程应用均具有一定的意义。