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三重形状记忆复合材料的设计及其一维冷膨胀机理的研究
结题报告
批准号:
51473147
项目类别:
面上项目
资助金额:
72.0 万元
负责人:
傅雅琴
依托单位:
学科分类:
E0310.其他有机高分子功能材料
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
江文斌、朱曜峰、胡海霞、丁娟、王靖、李茜茜、刘猛、水兴瑶
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中文摘要
形状记忆高分子因其具有良好的形状回复效果,在航空、医疗等领域具有广泛的应用前景。常规(传统)的形状记忆高分子及其复合材料具有二重形状记忆效果。最新的研究表明,通过适当的结构变化,可以实现在一个形状记忆循环中记住两个或以上形状的多重形状记忆效果。结合前期工作,申请者提出,如果对形状记忆复合材料进行结构设计,可以使复合材料具有一维可逆冷膨胀的三重形状记忆性能(即在室温时为常态,在较高温度时一维热收缩而在较低温度时一维冷膨胀三种形态),从而弥补常规材料热胀冷缩的缺陷,达到线性膨胀系数可控的目的。为证实以上假说,本研究将以水性环氧树脂和第二相形状记忆高分子材料为基体,气相生长纳米碳纤维为填料,通过结构设计,制备一维冷膨胀三重形状记忆复合材料,并对其结构形态、形状记忆性能、膨胀系数等进行系统的研究,明确三重形状记忆复合材料一维冷膨胀的作用机理,为形状记忆复合材料的一维冷膨胀性能提供有效的理论依据。
英文摘要
Shape memory polymers (SMPs) have a wide range of applications in aerospace, medical and other fields due to its excellent shape recovery effect. Common (Conventional) SMPs and their composites have only a dual shape memory effect. While, recently researches show that the triple shape memory effect (TSME, ability of SMPs to memorize two temporary shapes in one shape memory cycle) can be achieved by molecular structure design or modification of SMPs. On the basis of our previous works, we suggest that one-dimensional reversible cold expansion TSME composites have one-dimensional negative thermal expansion coefficient at high temperature and positive thermal expansion coefficient at low temperature which can be achieved by appropriate molecular structure design or modification of the SMP composites. By this mean, the phenomenon of thermal expansion and contraction of the common materials can be overcome and controllable linear thermal expansion coefficient can be achieved. To confirm the above hypothesis, here, the triple shape memory composites will be prepared via molecular design by using waterborne epoxy resin and the second phase of SMPs as matrix, vapor grown carbon fiber as filler. The structure morphologies, shape memory properties, and thermal expansion coefficients of the VGCNF/WEP composites will be systematic studied. The mechanism of the one -dimensional reversible cold expansion of the composites will be ascertained, which offered an effective evidence for the linear cold expansion property of shape memory composites.
形状记忆聚合物是一种非常重要的智能材料,它能感知外界环境的刺激,并对刺激作出响应,使其自身的状态参数发生变化,回复到起初设定的状态。与二重形状记忆高聚物相比,三重形状记忆高聚物在航空航天、生物医疗、纺织等领域具有更好的应用前景。本项目通过形状记忆复合材料结构设计和工艺优化,成功制备了具有一维可逆冷膨胀特性的三重形状记忆复合材料和双向形状记忆复合材料;系统研究了形状记忆复合材料组成结构及制备工艺与其力学性能的相关性,调控材料结构与力学性能;系统研究了形状记忆复合材料结构与制备工艺对其形状回复速度、形状回复率和形状固定率的影响;综合形状记忆复合材料结构、力学性能、形状记忆性能及一维冷膨胀性能,阐明并揭示了一维可逆冷膨胀特性三重形状记忆复合材料的构效关系;另外,开发了一种基于形状记忆聚氨酯芳纶纤维上浆剂,并对其改善芳纶界面性能进行了研究。同时,基于形状记忆聚氨酯形状记忆行为构建了一个本构方程,利用该本构方程对不同预应变下的形状记忆聚氨脂的形状记忆循环过程进行理论预测,并用实验加以验证,结果表明理论预测值和实验结果具有良好的相符性。本项目为推动一维可逆冷膨胀特性的三重形状记忆复合材料和双向形状记忆复合材料的发展提供理论和实践指导。项目研究成果已发表相关学术论文16篇,其中SCI收录15篇;授权中国发明专利3项,美国专利1项,申请发明专利2项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Effect of graphene oxide-carbon nanotube hybrid filler on the mechanical property and thermal response speed of shape memory epoxy composites
氧化石墨烯-碳纳米管杂化填料对形状记忆环氧复合材料力学性能和热响应速度的影响
DOI:10.1016/j.compscitech.2018.11.022
发表时间:2019-01-05
期刊:COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY
影响因子:9.1
作者:Wang, Enliang;Dong, Yubing;Hu, Ning
通讯作者:Hu, Ning
A novel reduced graphene oxide/epoxy sandwich structure composite film with thermo-, electro- and light-responsive shape memory effect
一种具有热、电、光响应形状记忆效应的新型还原氧化石墨烯/环氧树脂夹层结构复合薄膜
DOI:10.1016/j.matlet.2018.11.138
发表时间:2019-03
期刊:Materials Letters
影响因子:3
作者:Wang Enliang;Dong Yubing;Yaqin Fu
通讯作者:Yaqin Fu
DOI:10.1108/prt-01-2017-0005
发表时间:2018-01-01
期刊:PIGMENT & RESIN TECHNOLOGY
影响因子:1.4
作者:Dong, Yubing;Qian, Chen;Fu, Yaqin
通讯作者:Fu, Yaqin
Shape memory and mechanical properties of silk fibroin/poly(ε-caprolactone) composites
丝素蛋白/聚(ε-己内酯)复合材料的形状记忆和机械性能
DOI:10.1016/j.matlet.2017.01.019
发表时间:2017-04-15
期刊:MATERIALS LETTERS
影响因子:3
作者:Sun, Yehua;Luo, Yuzhuo;Fu, Yaqin
通讯作者:Fu, Yaqin
Shape memory effect and recovery stress property of carbon nanotube/waterborne epoxy nanocomposites investigated via TMA
通过TMA研究碳纳米管/水性环氧纳米复合材料的形状记忆效应和恢复应力性能
DOI:10.1016/j.polymertesting.2017.03.001
发表时间:2017-05
期刊:Polymer Testing
影响因子:5.1
作者:Jian Lu;Arsalana Ahmed;Yubing Dong;Chen Qian;Rui Wang;Cuilan Chen;Yaqin Fu;Qing-Qing Ni;Khoso Nazakat Ali
通讯作者:Khoso Nazakat Ali
低介电、低损耗、耐高温热塑性复合电介质薄膜的制造、构性关系及关键性能调控策略
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    256万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    傅雅琴
  • 依托单位:
基于形状记忆高聚物信息载体的构建及其温度指纹特征研究
  • 批准号:
    LY19E030010
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    傅雅琴
  • 依托单位:
国内基金
海外基金