原創(chuàng)：CMF設(shè)計(jì)軍團(tuán)號(hào)
文章開(kāi)始前，我們先通過(guò)一個(gè)視頻來(lái)直觀(guān)感受一下什么是形狀記憶~~
一、形狀記憶聚合物材料及原理
形狀記憶聚合物也叫SMP（shape memory polymer），是一種非常重要的智能材料。它可通過(guò)聚合物的常規(guī)制備方法獲得初始形狀（具有塑料成型特點(diǎn)）。在外部刺激條件（如溫度）下，它可相應(yīng)地改變形狀（具有變形功能），去除刺激后，可固定其變形狀態(tài)（具有定形功能）如果外界環(huán)境以特定的方式和規(guī)律再次發(fā)生變化，它們便可逆的恢復(fù)至起始狀態(tài)（具有恢復(fù)功能）。
圖 材料變形及恢復(fù)過(guò)程
這種材質(zhì)具有兩相結(jié)構(gòu)，即固定相和可逆相。其中固定相是指材料結(jié)構(gòu)中可以記憶材料初始形狀的成分，不受溫度影響；而可逆相是指結(jié)構(gòu)中隨著溫度的變化發(fā)生可逆軟化和硬化的成分。當(dāng)溫度在轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，分子鏈段處于凍結(jié)狀態(tài)，材料形狀固定不變；當(dāng)溫度在轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)，分子鏈段處于高彈狀態(tài)，可在外力作用下發(fā)生伸展，或者在固定相作用下恢復(fù)至卷曲狀態(tài)，材料在宏觀(guān)上發(fā)生形狀恢復(fù)行為。
圖 熱致形狀記憶聚合物的機(jī)理圖
這種材料可以個(gè)性化變形、定形，目前創(chuàng)維，萬(wàn)魔、中興等公司均已布局，聯(lián)合供應(yīng)商共同開(kāi)發(fā)一些智能產(chǎn)品。
二、記憶聚合物材料有哪些種類(lèi)？
按照材料的形式形態(tài)來(lái)劃分，有形狀記憶聚合物溶液、形狀記憶聚合物粉料、形狀記憶聚合物粒料、形狀記憶聚合物線(xiàn)材、形狀記憶聚合物泡沫、形狀記憶聚合物膜等。
圖 代表性形狀記憶聚合物材料
下面看一下形狀記憶聚合物材料的具體分類(lèi)及參數(shù)應(yīng)用?。?span style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">以康勛新材為例）
1. 聚氨酯形狀記憶聚合物SMPU系列
采用聚酯二元醇和二異氰酸酯及擴(kuò)鏈劑本體聚合，高溫合成制備得到熱塑性形狀記憶聚氨酯聚合物；具有較好地形狀記憶性能。采用DMF、THF等溶劑可溶解，升溫250℃可以熔融。在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下具有較高的模量；在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上具有較低的彈性模量，模量比超過(guò)200倍。形狀固定率優(yōu)秀，形狀恢復(fù)率高，溫度容易調(diào)節(jié)，應(yīng)用范圍廣。
采用雙官能度環(huán)氧樹(shù)脂和擴(kuò)鏈劑高溫合成制備得到熱塑性形狀記憶環(huán)氧聚合物。具有較好地透明性和形狀記憶性能。采用DMF、THF等溶劑可溶解，升溫220℃可以熔融。在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下具有較高的模量；在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上具有較低的彈性模量，模量比超過(guò)500倍。形狀固定率優(yōu)秀，形狀恢復(fù)率高。可配置形狀記憶聚合物溶解應(yīng)用于紡織復(fù)合、紙材復(fù)合溶解成膜、粘接復(fù)合等領(lǐng)域。
3. 形狀記憶聚氨酯復(fù)合物SMP-UL系列
本材料以形狀記憶聚氨酯為原料，可與多種樹(shù)脂復(fù)配獲得良好的綜合性能，具有較好的力學(xué)性能和加工性能，適應(yīng)不同的應(yīng)用需要。保持良好的形狀記憶性能。成本較低，應(yīng)用范圍較廣，可滿(mǎn)足注塑、擠出、成膜等應(yīng)用場(chǎng)景。
采用PET、PBT、PCTG、PC等聚酯聚合物為原料，經(jīng)復(fù)合改性，使具有較好的形狀固定性能和形狀恢復(fù)性能。根據(jù)應(yīng)用需要可調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)男螤罨貜?fù)溫度?？扇廴诩庸?、注塑成型、拉絲、可用于4D打印線(xiàn)材、可紡絲、可成膜、可成片材。具有較好的低溫強(qiáng)度和韌性。材料為透明或半透明?？蓱?yīng)用于玩具、日用品、工程應(yīng)用、包裝片材及膜材等。環(huán)保，符合FDA認(rèn)證要求，可應(yīng)用于智能醫(yī)療器件、健康防護(hù)等領(lǐng)域。
以PE共聚物，PS共聚物，coc等為原料，經(jīng)復(fù)合改性，使具有較好的形狀固定性能和形狀恢復(fù)性能。根據(jù)應(yīng)用需要可調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)男螤罨貜?fù)溫度。復(fù)合材料可注塑成型、也可拉絲成各線(xiàn)徑的線(xiàn)材，能應(yīng)用紡絲等。柔軟度易調(diào)控，有韌性，可輻射交聯(lián)獲得持久的形狀記憶效果。廣泛應(yīng)用于熱收縮套管、玩具產(chǎn)品、日用產(chǎn)品、工程應(yīng)用、智能醫(yī)療器件、健康防護(hù)等領(lǐng)域。
以PLA、PCL、PBAT為原料，經(jīng)復(fù)合改性，使具有較好的形狀固定性能和形狀恢復(fù)性能。根據(jù)應(yīng)用需要可調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)男螤罨貜?fù)溫度。復(fù)合材料可注塑成型、也可拉絲成各線(xiàn)徑的線(xiàn)材。符合生物降解材料要求，可生物降解?？蓱?yīng)用于玩具產(chǎn)品、日用產(chǎn)品、工程應(yīng)用、包裝片材及膜材。環(huán)保，符合FDA認(rèn)證要求，可應(yīng)用于智能醫(yī)療器件、健康防護(hù)等領(lǐng)域。
智能材料與3D打印技術(shù)結(jié)合發(fā)展得到4D打印技術(shù)；4D打印賦予產(chǎn)品具有自組裝和自變形功能特性，表現(xiàn)出隨著時(shí)間而自動(dòng)變化三維形狀。4D打印是一項(xiàng)革命性增材制造技術(shù)。形狀記憶聚合物40打印耗材可匹配常規(guī)3D打印設(shè)備，具有良好的打印效果。經(jīng)溫度刺激后，產(chǎn)品可以任意變形為其他形狀，在常溫狀態(tài)下，可持續(xù)保持，再次受到溫度剌激，可以自動(dòng)恢復(fù)初始形狀或自動(dòng)組裝特定產(chǎn)品。可被廣泛應(yīng)用于個(gè)性化定制產(chǎn)品，智能醫(yī)療器件、自組裝構(gòu)建和復(fù)雜手板產(chǎn)品設(shè)計(jì)等。
三、材料可應(yīng)用領(lǐng)域有哪些
形狀記憶聚合物的應(yīng)用十分廣泛，涉及航空航天、醫(yī)療保健、紡織服裝、玩具科教、工程應(yīng)用、汽車(chē)、電子電氣、包裝應(yīng)用、增材制造、建筑等各個(gè)領(lǐng)域。比如采用形狀記憶聚合物水溶液配制的形狀記憶熨燙寶解決服裝熨燙的煩腦。形狀記憶聚合物4D打印耗材可適應(yīng)常規(guī)FDM 3D打印設(shè)備，賦予材料和產(chǎn)品具有自我組裝，自我變形功能?？梢詰?yīng)用于手扳樣品制作、個(gè)性化適應(yīng)制品、大尺寸自組裝器件等應(yīng)用場(chǎng)景，特別是在在醫(yī)療護(hù)具、玩具、服裝、鞋業(yè)、軍事、汽車(chē)、動(dòng)畫(huà)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。
本文是筆者在深圳康勛記憶材料有限公司陳博士/教授指導(dǎo)下完成。這家公司依托深圳大學(xué)的科技成果轉(zhuǎn)化，專(zhuān)注于形狀記憶聚合物材料及其智能產(chǎn)品的研發(fā)與推廣應(yīng)用?？商峁┡涮撞牧瞎?yīng)、聯(lián)合研發(fā)等服務(wù)。有想結(jié)識(shí)這家公司及深度了解這種記憶材料的朋友可以加筆者微信18565727094
