形状记忆聚合物(Shape memory polymer,SMP)是一类新颖的智能高分子材料,其可以有效地感知外界刺激,并对刺激做出反应,对其自身力学参数(如形变、位置和应变等)进行调节,回复到最初始的状态。形状记忆聚合物因这种特性,在智能纺织品、生物医学以及航空航天智能结构等领域具有非常重要的应用价值。近年来,形状记忆聚合物的研究主要集中在单组分的形状记忆聚合物,单一结构,形状记忆转变温度相对较低,难以调控。为解决这一问题,本文采用双酚A型氰酸酯树脂(BACE)和聚丁二烯环氧树脂(PBEP)反应来制备一种结构可调节、形状记忆转变温度可调控的新型形状记忆聚合物。这里BACE的耐热性很好,加工容易,并且玻璃化转变温度可达250oC左右;PBEP具有柔性的长脂肪族碳链,其可作为可逆相,氰酸酯树脂自聚生成的三嗪环可作为固定相,为制备形状记忆聚合物提供了结构基础。在此基础上制备了增强型热驱动的和电驱动的形状记忆BACE/PBEP复合材料,研究了填料对形状记忆复合材料性能的影响规律。全文的主要研究内容如下:(1)选用不同分子量的PBEP,制备不同分子量PBE与BACE固化体系,探讨了PBEP分子量的改变对形状记忆BACE/PBEP的交联密度、力学性能以及形状记忆性能等的影响规律。研究结果表明,在没有催化剂存在的条件下,PBEP使得固化体系的反应活性有了很大的提高,经过100℃/3 h+120℃/2 h+150℃/40min+180℃/40 min工艺后,体系的官能团基本反应完全。固化体系的弯曲强度随着PBEP分子量的增加而降低。DMA测试表明,固化体系的玻璃化温度和模量随着PBEP分子量的增加而降低,最高与最低玻璃化温度分别为173℃和99℃,达到了Tg可控的要求。结合吸水率测试可以确定固化体系的吸水率有所增加,最高吸水率达到1.2%,说明体系具有很好的耐湿热性能。形状记忆性能测试结果表明A-2500(BACE与PBEP的摩尔比为9:0.5)固化体系不具有形状记忆效应,其它固化体系(B-2500、A-4000、B-4000、A-6000和B-6000)均表现出优异的形状记忆性能。在同一温度下,固化体系的形变回复时间随PBEP分子量的增大均缩短。形变回复率随热致循环次数的增加略有所降低,都依然大于98%,这充分说明固化体系具有优异的形状记忆性能。(2)确定PBEP的分子量,控制其摩尔含量,制备了不同含量PBEP与BACE固化体系,研究不同含量的PBEP对其力学性能,热力学性能和热致形状记忆性能的影响。研究结果表明凝胶时间随着PBEP含量的增加和温度的升高而缩短。固化体系的弯曲强度随着PBEP分子量的增加而降低。DMA测试表明,随着PBEP含量的增加,固化体系的玻璃化温度和模量随之降低,最高与最低玻璃化温度分别为167℃和135℃,同样也达到了tg可控的要求。结合吸水率测试可以确定固化体系的吸水率有所增加,最高吸水率达到6%,说明固化体系还是具有较好的耐湿热性能。形状记忆测试结果表明,在相同温度下,随着pbep含量的增大,固化体系的形变回复时间均缩短;形变回复率随热致循环次数的增加而略有降低。(3)为了提高形状记忆bace/pbep聚合物的力学性能,以bace/pbep固化体系为基体,将增强填料短切玻璃纤维(glassfiber,gf)加入到聚合物基体中,采用模压的方法制备增强型热致形状记忆复合材料,探讨了增强填料对形状记忆复合材料的机械性能和形状记忆效应的影响规律。玻璃纤维增强的形状记忆复合材料的结果表明,加入短切玻璃纤维后,复合材料的弯曲强度获得了大幅度提升。当短切玻璃纤维含量为0.4wt%时,复合材料的弯曲强度为102mpa,提高了23%。dma测试表明,在bace/pbep树脂固化体系中填充短切玻璃纤维后,复合材料的玻璃化转变温度和储能模量均有所提高。形状记忆性能测试结果表明,复合材料的形变回复时间随着温度的上升以及纤维含量的减少而缩短。在相同温度下,随着玻璃纤维含量的增大,复合材料的形变回复时间增加。随着热致形状记忆循环次数的增加,复合材料的形变回复率均略有所降低。(4)硫酸钙晶须(calciumsulphatewhisker,csw)增强的形状记忆复合材料的研究结果表明,晶须添加到树脂,复合材料的弯曲强度也能够得到了大幅度提升。当硫酸钙晶须的含量为5wt%时,晶须增强的复合材料的弯曲强度为107mpa,弯曲强度提高了29%。dma测试表明,硫酸钙晶须填充后,复合材料的玻璃化转变温度和储能模量均有所提高。sem测试表明,当硫酸钙晶须含量达到10wt%以上时,晶须之间容易形成簇状且晶须与基体之间的空穴增加,导致复合材料的力学性能降低。形状记忆性能结果表明,相同温度下,复合材料的形变回复时间随晶须含量的降低而缩短。另外随着循环次数的增加,复合材料的形变回复率均稍有所降低。(5)将导电碳黑掺入到上述形状记忆bace/pbep基体中,以模压方法制备电致驱动的形状记忆bace/pbep/cb复合材料,探讨了导电填料对电驱动形状记忆复合材料的电阻率,机械性能,热力学性能及电致形状记忆效应的影响。研究结果表明,在复合材料中,碳黑颗粒充当物理交联点的作用,碳黑的加入有效地提高了复合材料的力学性能。由于碳黑的刚性相对较高,复合材料的储存模量随着含碳量的增多而增大。当含碳量从5wt%增加到8wt%时,复合材料的体积电阻率迅速降低,呈现出绝缘体向导体的渗流转变。碳黑填充bace/pbep复合材料的热致形状记忆回复时间随着加热温度的增加而缩短。当施加电压为60v时,碳黑含量为5wt%的bace/pbep/cb复合材料开始表现出优异的电致形状记忆效应。并且随着含碳量增加和加载电压增大,复合材料的形变回复时间缩短。在经过4次形变回复循环后,形变回复率逐渐下降,但是形变回复率依然大于80%,说明碳黑填充的复合材料具有良好的电致形状记忆效应。红外线测温仪结果显示在电致形状记忆回复过程中,随着碳黑含量的增加和施加电压的升高,复合材料的温度升高的更快。(6)在碳黑填充的电致形状记忆BACE/PBEP/CB复合材料的基础上,保持碳黑含量(3 wt%)不变,将导电碳纤维添加到BACE/PBEP/CB复合材料中,制备电致形状记忆BACE/PBEP/CB/CF复合材料,探讨了导电碳纤维对复合材料的电阻率,热性能及电致形状记忆效应的影响。通过碳纤维和碳黑的协同作用,在复合材料中构造出了更为完善的导电网络,使得体积电阻率产生了急剧下降。由于碳黑颗粒和碳纤维的刚性相对较高,复合材料的储存模量、玻璃化转变温度和弯曲强度随含碳量的增多而增加。当施加电压为60 V时,碳黑含量为3 wt%,碳纤维含量为0.3 wt%的BACE/PBEP/CB/CF复合材料开始表现出优异的电致形状记忆性能。复合材料的电致形变回复时间随含碳纤维量增加和加载电压增大而缩小。红外线测温仪数据显示在电致形状记忆回复过程中,随着碳纤维含量的增加和施加电压的升高,复合材料的温度升高的更快。