本發(fā)明涉及形狀記憶材料，特別是涉及一種熱固性形狀記憶聚合物、復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在制造業(yè)中，模具是構(gòu)件成型的重要工具，具有不可取代的重要地位。隨著制造工程的技術(shù)變革，對復(fù)雜構(gòu)件的設(shè)計與生產(chǎn)有著更高的要求，傳統(tǒng)制造技術(shù)存在難以脫模、設(shè)計復(fù)雜、模具自重大的問題，難以實現(xiàn)具有變結(jié)構(gòu)、變曲率、變截面等特點的復(fù)雜構(gòu)件的生產(chǎn)，嚴重制約了復(fù)雜構(gòu)件的發(fā)展。

2、形狀記憶聚合物(smp)是一種新興的智能材料，具有獨特的形狀記憶效應(yīng)，能夠在外界刺激下自動回復(fù)至其初始形狀，具有廣闊的應(yīng)用前景。將smp的主動變形特性與復(fù)雜構(gòu)件的制造相結(jié)合，制成形狀記憶智能模具，將有望實現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件的主動脫模，推動復(fù)雜構(gòu)件的高效、快捷生產(chǎn)。

3、然而，在現(xiàn)有的智能可變形芯模領(lǐng)域中智能材料變形量有限，難以滿足部分大型腔復(fù)雜構(gòu)件對模具的變形量需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個或者多個技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種熱固性形狀記憶聚合物、復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的熱固性形狀記憶聚合物具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和形狀記憶性能，在較高溫度下(200℃以上)仍能記憶初始形狀，形狀回復(fù)率和固定率可達99％。

2、本發(fā)明在第一方面提供了一種熱固性形狀記憶聚合物，所述熱固性形狀記憶聚合物由包含苯乙烯、丙烯酸酯類單體、自由基引發(fā)劑和聚乙二醇二丙烯酸酯的混合物經(jīng)熱固化得到。

3、優(yōu)選地，以重量份數(shù)計，苯乙烯為20～90份，丙烯酸酯類單體為10～80份，自由基引發(fā)劑為0.5～3份，聚乙二醇二丙烯酸酯為0.5～10份。

4、優(yōu)選地，所述丙烯酸酯類單體包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸十八酯中的一種或多種；

5、所述自由基引發(fā)劑包括但不限于偶氮二異丁腈、過氧化苯甲酰、過氧化叔丁酰、過氧化二苯甲酰、偶氮二異庚腈中的一種或多種；和/或

6、聚乙二醇二丙烯酸酯的數(shù)均分子量為100～3000。

7、本發(fā)明在第二方面提供了一種熱固性形狀記憶復(fù)合材料，包括第一方面所述的熱固性形狀記憶聚合物和彈性纖維材料。

8、優(yōu)選地，所述熱固性形狀記憶復(fù)合材料中所述彈性纖維材料的體積分數(shù)不大于30％。

9、優(yōu)選地，所述彈性纖維材料為彈性纖維層、彈性纖維織物中的一種或多種；優(yōu)選的是，所述彈性纖維材料中的彈性纖維選自氨綸纖維、錦綸纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、聚氨酯纖維中的一種或多種。

10、本發(fā)明在第三方面提供了一種第二方面所述的熱固性形狀記憶復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括：

11、將苯乙烯、丙烯酸酯類單體、自由基引發(fā)劑、聚乙二醇二丙烯酸酯進行混勻，得到預(yù)混物；

12、將彈性纖維材料進行鋪層后與所述預(yù)混物混合，經(jīng)熱固化，得到所述熱固性形狀記憶復(fù)合材料。

13、優(yōu)選地，所述彈性纖維材料中彈性纖維的鋪設(shè)角度為-180°～180°，優(yōu)選為-45°～45°。

14、優(yōu)選地，所述熱固化的溫度60～120℃，時間為7～24h。

15、本發(fā)明在第四方面提供了一種第二方面所述的熱固性形狀記憶復(fù)合材料的應(yīng)用，用于智能芯模領(lǐng)域。

16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比至少具有如下有益效果：

17、本發(fā)明以苯乙烯和丙烯酸酯類單體為聚合單體，通過剛-柔耦合分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，對熱固性形狀記憶聚合物網(wǎng)絡(luò)中分子鏈段進行靈活性調(diào)節(jié)，使熱固性形狀記憶聚合物具有形狀記憶特性及大變形能力。聚合單體在自由基引發(fā)劑和交聯(lián)劑的作用下聚合形成具有三維網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)的熱固性形狀記憶聚合物。與熱塑性或半互穿網(wǎng)絡(luò)形狀記憶聚合物相比，具有更好的熱穩(wěn)定性和形狀記憶性能，在較高溫度下(200℃以上)仍能記憶初始形狀，形狀回復(fù)率和固定率可達99％。

18、本發(fā)明通過將形狀記憶聚合物基體與彈性纖維材料復(fù)合得到熱固性形狀記憶復(fù)合材料，其中，彈性纖維具有良好的隨形能力，能夠適應(yīng)形狀記憶聚合物基體的變形，在不限制形狀記憶聚合物基體變形能力的前提下，可有效抑制形狀記憶聚合物基體裂紋的擴展，提升復(fù)合材料的變形能力。本發(fā)明提供的熱固性形狀記憶復(fù)合材料具有變形溫度下的高斷裂延伸率、形狀固定率和形狀回復(fù)率，可滿足大型腔復(fù)雜構(gòu)件成型對芯模的要求。

技術(shù)特征：

1.一種熱固性形狀記憶聚合物，其特征在于，所述熱固性形狀記憶聚合物由包含苯乙烯、丙烯酸酯類單體、自由基引發(fā)劑和聚乙二醇二丙烯酸酯的混合物經(jīng)熱固化得到。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱固性形狀記憶聚合物，其特征在于，以重量份數(shù)計，苯乙烯為20～90份，丙烯酸酯類單體為10～80份，自由基引發(fā)劑為0.5～3份，聚乙二醇二丙烯酸酯為0.5～10份。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱固性形狀記憶聚合物，其特征在于，所述丙烯酸酯類單體包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸十八酯中的一種或多種；

4.一種熱固性形狀記憶復(fù)合材料，其特征在于，包括權(quán)利要求1-3任一項所述的熱固性形狀記憶聚合物和彈性纖維材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱固性形狀記憶復(fù)合材料，所述熱固性形狀記憶復(fù)合材料中所述彈性纖維材料的體積分數(shù)不大于30％。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱固性形狀記憶復(fù)合材料，其特征在于，所述彈性纖維材料為彈性纖維層、彈性纖維織物中的一種或多種；優(yōu)選的是，所述彈性纖維材料中的彈性纖維選自氨綸纖維、錦綸纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、聚氨酯纖維中的一種或多種。

7.一種權(quán)利要求4-6任一項所述的熱固性形狀記憶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述彈性纖維材料中彈性纖維的鋪設(shè)角度為-180°～180°，優(yōu)選為-45°～45°。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述熱固化的溫度為60～120℃，時間為7～24h。

10.一種權(quán)利要求4-6任一項所述的熱固性形狀記憶復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，用于智能芯模領(lǐng)域。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種熱固性形狀記憶聚合物、復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于形狀記憶材料技術(shù)領(lǐng)域，所述熱固性形狀記憶聚合物由包含苯乙烯、丙烯酸酯類單體、自由基引發(fā)劑和聚乙二醇二丙烯酸酯的混合物經(jīng)熱固化得到。本發(fā)明提供的熱固性形狀記憶聚合物具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和形狀記憶性能，在較高溫度下仍能記憶初始形狀，形狀回復(fù)率和固定率可達99％。

技術(shù)研發(fā)人員：冷勁松,杜曉宇,張風華,羅蘭,劉彥菊
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10