形狀記憶聚氨酯回復力及其影響因素探究.pdf

1、溫敏型形狀記憶聚氨酯（SMPU）因其具有良好的形狀記憶性能、力學性能、生物相容性和可降解性而在生物醫(yī)學工程、紡織、包裝等領(lǐng)域有著廣泛應用。SMPU的形狀回復率和形狀回復力對SMPU的應用至關(guān)重要。盡管有關(guān)SMPU形狀回復率的影響因素如變形率、變形溫度和回復溫度等的研究已相當廣泛，但有關(guān)SMPU形狀回復力的定量檢測及其影響因素的研究卻很少。構(gòu)建定量檢測SMPU形狀回復力的裝置，并深入探究回復力的影響因素和機制對于指導SMPU的材料設(shè)計、器

2、械結(jié)構(gòu)設(shè)計和賦形方式等有重要指導作用。
　　本課題組自主研發(fā)了一臺基于懸臂梁的張力計，并初步驗證了該張力計在定量檢測SMPU形狀回復力中的可行性。本研究進一步完善了該張力計的計算模型以提高檢測準確度，并采用該裝置定量檢測了SMPU變形方式、變形率、回復溫度等對形狀回復力的影響，從理論上分析了形狀回復力的機制。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?、俨捎妹媪佑|模式替代點力接觸模式對回復力檢測系統(tǒng)進行了改進，確立了裝置的使用方法和檢測

3、步驟，并對檢測裝置進行了校驗。改進裝置的有效檢測范圍為0-5N，誤差在2％以內(nèi)，精度等級為1.0級。檢測結(jié)果具有較好的重復性。
　　②采用壓塑成型法加工了SMPU板材（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg為40.7oC）。利用該裝置測試了拉伸變形率對拉伸回復應力的影響。研究表明，拉伸回復應力隨回復時間逐漸增大，到最大值后又逐漸減小；回復速率也隨變形率增大而增大；最大拉伸回復應力具有明顯的變形率依賴性：隨變形率增加，拉伸回復應力逐漸增大；在變形率為1

4、20%即彈性極限附近時回復應力達到最大值。
　?、蹨y試了彎曲變形率（180o、150o、120o）對SMPU板材回復力的影響。研究表明，SMPU板材的彎曲回復力隨著彎曲變形率增大而增大，在180°時達到最大值。
　　④考查了回復溫度（>=Tg，即>=40oC）對SMPU拉伸回復應力的影響。結(jié)果表明，SMPU拉伸回復應力隨回復溫度增加而逐漸減小，但SMPU回復速率隨回復溫度增加而加快。在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近SMPU回復應力最大。

5、
　?、堇脽崃W理論對SMPU板材的拉伸回復過程進行分析，得到拉伸回復應力σr與拉伸率λ之間的關(guān)系式，其中A0、ι0分別為板材初始面積、長度，K為玻爾茲曼常數(shù)，T為回復溫度，N為總網(wǎng)鏈數(shù)。該式表明，在材料的彈性極限范圍內(nèi)，材料的回復應力隨著變形率的增加而變大，這與拉伸實驗所得規(guī)律一致。
　?、迣澢貜瓦^程進行了理論分析，得到板材彎曲回復力Fr與彎曲角度θ之間的關(guān)系式，其中R、r分別為板材彎曲外曲面和內(nèi)曲面的半徑，L、b分