形状记忆酚醛泡沫的制备及其性能研究

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形状记忆聚合物泡沫是以形状记忆聚合物(Shape memory polymer,SMP)为基体,通过各种发泡方式制得的泡沫材料。形状记忆聚合物泡沫具有密度小、压缩率高、多孔以及具有形状记忆功能的特点,目前已大量应用于航空航天、生物医疗、建筑工程等领域。酚醛树脂因其具有优良的力学性能、耐化学腐蚀性能以及耐烧蚀性能,被广泛应用于制作机械、电器零部件和耐烧蚀制品等领域。随着技术的进步,对酚醛的力学性能有了更高的要求。因此,研究出一种变形能力强、脆性低、化学稳定性好的形状记忆酚醛树脂是迫切且必要的。本课题利用具有线形结构的六亚甲基二异氰酸酯(HDI)对甲阶酚醛进行改性,通过聚合反应合成了形状记忆酚醛树脂(SMPR)。并通过物理发泡法制备出了既具有优异的热力学性能又具有变形能力的形状记忆酚醛泡沫及其复合材料,对拓展酚醛材料的应用场景具有重要意义。本文利用一锅法制备了SMPR以及聚乙二醇增韧形状记忆酚醛树脂,通过控制参加反应的物料比,制备出力学性能优良、热稳定好,变形能力强的SMPR。随着HDI以及聚乙二醇的含量的增加,SMPR的形状记忆性能逐渐提高,形状固定率及回复率分别可达到99%和95%。利用物理发泡法对SMPR进行发泡得到了形状记忆酚醛泡沫,通过控制发泡过程中的发泡工艺参数,确定最优的发泡温度,并制备了形状转变温度不同的形状记忆酚醛泡沫。形状记忆酚醛泡沫的泡孔分布及尺寸均匀,为闭孔泡沫,有利于室温下的形状稳定。形状记忆酚醛泡沫显示出良好的热稳定性,在1000℃的氮气环境下的残炭率远高于用于航空航天的环氧树脂以及氰酸酯。并且,具有出色的形状记忆性能,在多次形状记忆循环之后仍可保持98%以上的形状固定率。通过将无机颗粒掺入形状记忆酚醛树脂中进行物理发泡,制备出了一系列形状记忆酚醛复合泡沫,无机颗粒的引入提高了形状记忆酚醛泡沫的热稳定性和力学性能,在1000℃的氮气环境下,形状记忆酚醛复合泡沫的残炭率最高可达到33%。在120℃下的高温压缩中,当形状记忆酚醛复合泡沫达到30%的应变时,复合泡沫的最大压缩应力相比于纯酚醛泡沫提高了50%。形状记忆酚醛复合泡沫还展现出了优秀的形状记忆性能,可完成75%压缩下的形状回复过程,形状回复率高达97%以上。由此解决了目前酚醛以及酚醛泡沫难以变形的问题。
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