【摘 要】
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聚酰胺类弹性体是目前性能最为优异的弹性体材料,具有低密度、高回弹性、宽使用温度范围等明显优点,本身可以直接作为弹性材料使用,同时也是作为弹性、轻质复合材料的理想基体。但目前为止,聚酰胺类弹性体多孔材料的研究极为有限,在泡孔调控方法、多孔材料回弹性及其机理等方面研究尚不充分,对其作为功能性材料基体的研究也非常缺乏。本论文以聚酰胺-聚醚弹性体多孔材料为研究对象,针对其存在的问题开展全方位、首创性、系统
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
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聚酰胺类弹性体是目前性能最为优异的弹性体材料,具有低密度、高回弹性、宽使用温度范围等明显优点,本身可以直接作为弹性材料使用,同时也是作为弹性、轻质复合材料的理想基体。但目前为止,聚酰胺类弹性体多孔材料的研究极为有限,在泡孔调控方法、多孔材料回弹性及其机理等方面研究尚不充分,对其作为功能性材料基体的研究也非常缺乏。本论文以聚酰胺-聚醚弹性体多孔材料为研究对象,针对其存在的问题开展全方位、首创性、系统性的研究,主要内容如下:（1）针对聚酰胺弹性体（PEBA）发泡行为及泡孔调控方面,在体系中引入全新的chemi-crystallization方法,通过热处理调控体系结晶的完善程度,得到了泡孔尺寸分别为正态分布、大小双峰分布以及微纳米级别分布的不同泡孔结构。研究发现,PEBA在熔体状态热处理时会以无规断链的方式降解,降解后更短的分子链活动性增强,反而能够形成更加完善的结晶。通过调控结晶的完善程度,可以得到具有完全不同的泡孔形态的PEBA多孔材料。（2）对于聚酰胺弹性体回弹性及影响因素方面,通过共混法引入了多壁碳纳米管（MWCNT）填料,随后对体系进行升温发泡得到符复合泡沫材料,并深入研究其回弹性的影响因素及其机理。研究发现,MWCNT的加入增大了体系黏度、降低了分子链运动能力,导致体系回弹性下降;体系发泡后,泡孔的存在却能够大幅提高体系的回弹性。其机理是饱和及发泡过程增大了体系结晶度,即物理交联程度,提升了体系回弹性;同时泡孔将聚酰胺（PA）晶区分散,使晶区尺寸减小,在变形时晶区破碎与诱导结晶程度都降低,提升了整体回复性。对于PEBA/MWCNT复合体系,MWCNT的存在一方面降低了基体的回弹性,另一方面通过异相成核作用增大了泡孔密度、减小了泡孔尺寸,提升了整体回弹性。泡孔与MWCNT对回弹性的共同作用,使填料添加量为0.1wt%的体系表现出优于纯PEBA材料的回弹性。（3）对于聚酰胺弹性体基功能材料方面,通过共混方法在PEBA中引入了新的形状记忆可逆相聚己内酯（PCL）与聚乳酸（PLA）,研究了PEBA基复合形状记忆材料的形状记忆性能,以及发泡后形状记忆性能的变化。研究发现,可逆相的引入通过增强作用,显著增大了PEBA复合体系的固定率。此外,不同的可逆相对复合体系回复性的影响也不相同。PCL在回复时处于熔融状态,对体系回弹行为影响较低;PLA在回复时处于结晶态,会延长体系的阻滞时间,因此在相同回复时间内回复率明显降低。发泡之后,泡孔导致PEBA复合体系固定率略微下降,而回复率显著提升。对于PCL体系,PCL在发泡时熔融并附着于泡壁表面,对固定率的提升更大;而PLA相区在发泡时与PEBA分离,不参与体系的固定与回复行为。通过引入泡孔结构与新的可逆相,PEBA基多孔形状记忆材料的回复率可达100%。（4）对于聚酰胺弹性体导电材料应用方面,首次通过冰模板成型法在PEBA体系中引入导电碳纳米管（CNT）,制得了轻质、各向异性的PEBA/CNT多孔材料。其多孔结构各向异性的竹节状,密度仅为45～60 mg/cm~3,纵截面的电磁屏蔽总效能可达75.8 d B,屏蔽机理以吸收为主,比屏蔽效能可达1621d B×cm~3/g,是作为轻质电磁屏蔽材料的理想选择。另一组研究中,通过全方位冷冻的冰模板成型法制得了弹性PEBA/CNT多孔材料,密度为0.16～0.19g/cm~3,屏蔽效能可达47.6 d B。同时,这类弹性多孔材料还具有优异的压缩电阻效应,在100次50%应变的压缩循环时,电阻变化稳定、回弹性优秀,可作为压缩传感器使用。
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