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业界资讯
聚氨酯弹性体是如何实现形状记忆功能的?
发布日期::2022-08-03 08:57:47

发泡剂在聚氨酯材料的生产中一直是个让人头疼的问题。水作为化学发泡剂是最环保的,但是材料的性能难以提升,而且生产的难度更大。各种卤代烃作为发泡剂可显著提升材料性能,相应的生产技术已经比较成熟,但是它们要么容易破坏臭氧层,要么价格相对高昂。戊烷是一种兼顾了环保和材料性能的发泡剂,但是它们却不够安全,易燃易爆性制约了它们在实际生产中的推广,也同样提高了聚氨酯材料的生产成本和进入门槛。

 由于材料性能要求不同,聚氨酯硬泡中全水发泡的技术难以推广,但是弹性体中的应用却并不少见。弹性体的形状记忆功能赋予了其实现宏观弹性性能。而形状记忆功能的与水发泡有什么联系呢?小编找到了德国赫姆霍兹吉斯塔研究中心(Helmholtz-Zentrum Geesthacht)Lendlein教授发表的一篇论文。这篇论文详细论述了水发泡的聚氨酯弹性体的形状记忆原理。 

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 这项研究中,技术人员选用了CAPA 2205、CAPA 2402和CAPA 2803这三种牌号的聚己内酯,二乙醇胺作为扩链剂、GSYPU?33三乙烯二胺:双二甲胺基乙基醚为3:1的混合催化剂)和Dabco T-9(辛酸亚锡)作为催化剂与MDI反应。水作为化学发泡剂添加量为1 pphp。通过配方调试,材料制备,材料表征到材料物理性能检测,技术人员提出了这种聚氨酯弹性体的形变机理。宏观上,聚氨酯弹性体材料表现出应力延展性和负热膨胀性。微观形貌的变化主要是泡孔受应力或在低温下可被扩大。而在纳米尺度下,材料受热或在拉伸的情况下结晶度都会下降,同时材料不受力时结晶度下降可导致材料密度下降而体积增大。然而这种弹性体材料的高结晶性很可能收益于水发泡的生产工艺,因为水发泡的聚氨酯中的脲基含量比物理发泡的材料中的高不少,而脲基可形成的氢键更多所以比氨基甲酸酯基的结晶性高,并且表现出更加明显的可逆低温结晶性。所以,本质上是水发泡赋予了这种聚氨酯材料良好的可逆的负热膨胀性,就是这种材料形状记忆性能的原理之一。 . 聚氨酯弹性体的形状记忆机理图 材料形变的机理是如此简单清晰,但是这能指导哪些实际应用呢?文章作者给出了一个有趣的例子。当材料为U形的块材时,根据机理推断,材料受热则开口角度变大,受冷则开口角度变小。最后,他们也用试验证明了这种推断。他们制成的有缺口的圆柱状块材在高温时缺口变大,而在低温时缺口变小,而且这种温控形变是可逆的。 图2.U形块材的温控形变示意图 图3. U形块材的温控形变照片 这种材料以及这种形变的机理在实际中可能会有哪些应用呢?也许智能温控阀是一个可能的应用领域,这种聚氨酯的弹性体可以通过封堵低温流体而放行高温流体来实现温控开关功能。而智能温控阀不但在自动化生产中有较多的应用,还可用于智能防护等领域。这种材料还可能有哪些应用呢?这是值得聚氨酯材料人思考的一个问题

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