氰酸酯基形状记忆聚合物的设计制备与智能调控应用研究

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氰酸酯作为一种高性能的聚合物材料已经广泛的应用在航空航天等领域。但是由于纯氰酸酯聚合物材料中高密度的三嗪环结构,导致这种材料的韧性低,限制了其应用范围,也不利于制备工艺。调控氰酸酯材料的分子结构,不仅可以提高材料的韧性,也能赋予其形状记忆性能。本论文从构筑氰酸酯分子结构出发,使其具有优异的形状记忆性能,以及可调控的转变温度和力学性能。为满足其在多领域中的应用,然后开展了氰酸酯材料精密成型的4D打印研究。拓展形状记忆聚合物材料的智能调控应用,开展了形状记忆氰酸酯的摩擦学特性研究。本论文的主要研究内容如下:(1)采用双酚A型氰酸酯(CE)、端羧基液态丁腈橡胶(CTBN)和环氧树脂制备了一种具有可调Tr和优异力学性能的氰酸酯基形状记忆聚合物(SMCE)。而且加入CTBN可以降低固化温度。在CE中加入CTBN和环氧树脂,可以降低三嗪环的数量,使韧性显着提高,断裂伸长率可达40%。同时,形状记忆氰酸酯呈现出优异的形状记忆效果,甚至具有三重形状记忆效果。(2)作为一种热固性材料,由于不能熔融挤出,且难于光固化,所以不能通过3/4D打印的方式对这类材料进行加工成形。通过数字光固化和直接墨水书写两种3D打印工艺成功制备了一种基于氰酸酯的形状记忆互穿聚合物网络。而且,3D打印的形状记忆聚合物是目前所报道3D打印SMP中拉伸强度最高的,高达70 MPa。此外,还具有高打印分辨率和低体积收缩、高Tr、高模量和优异的形状记忆效果。(3)研究了形状记忆氰酸酯聚合物在不同条件下的摩擦学特性。SMCE表现出良好的摩擦学行为,具有稳定的高摩擦系数和低磨损率。此外,随着温度的升高,COF的增加和磨损率的降低表明了SMCE可调的摩擦性能。而且,我们提出了一种通过形状恢复进行磨损补偿的新模型,从形状恢复和能量转换的角度解释了热响应聚合物的可调摩擦行为。
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