形状记忆环氧树脂讲解
形状记忆环氧树脂讲解
形状记忆环氧树脂
Shape Memory Polymer （Epoxy）
指导老师：许培俊 主讲人：闫啸天 队员：吴小康，孟晓娟，薛旋
，房家鑫
本项目由2015年大学生创新创业训练项目改编而来，项目编号为 201510710085
长安大学材料学院
Table of Contents
1
SMP树脂简介
2
SMP树脂机理
3
SMP树脂应用
4实验过程及表征5现有成果6个人推荐
长安大学材料学院
材料简介
Material
形状记忆环氧树脂（SMEP）是一种新兴智能材料，由于具有较好形状记忆 性能、力学性能以及广阔应用前景而受到人们的重视，
Strengths
形状记忆树脂其特有的记忆性能使其在空间体积有着很大可调节性，非常具 有灵活性，可调节性，还可以根据环境的不同选择方便激发方式。
的可逆相和固定相。从这个理论出发，就可以解释为什么凡是既具有固定相
又具有可逆相结构的聚合高分子材料，都可显示出一定的形状记忆特性。
长安大学材料学院
应用
形状记忆高分子材料具有广泛的应用前景，作为一种新型功能材料，它 在航空航天、自动控制系统、医学、能源等领域具有重要的应用
(1)电线电缆的接续和保护 (2)医疗器材
Weaknesses
树脂的机械强度可以通过添加复合材料来增强，但是添加过量会影响到记忆 性，另一方面韧性较差仍然是此类树脂的主要问题。
长安大学材料学院
形状记忆材料是智能材料的一种，指能够感知并且响应环境变化（如温 度、电磁、力、光照、溶剂等）的刺激，对其力学参数（如形状、位置、应 变等)进行调整，从而回复至预先设定状态的材料常见的形状记忆材料有形状 记忆合金、形状记忆聚合物以及形状记忆陶瓷。
亲水性形状记忆环氧树脂制备及表面浸润性调控
Ｖｏ１．３９ ２０１８年 ８月
高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩＮＥＳＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳ
Ｎｏ．８
１８２３～ １８２８
亲 水 性 形 状 记 忆 环 氧 树 脂 制备 及 表 面 浸 润 性 调 控
钱 艺 豪 ，张 东杰 ，成 中军 ，康 红军 ，刘宇艳
效地增加 了 ＴＤＥ一８５环氧树脂的亲水性 ．ＰＥＧ 的最 佳含 量为 ２０％（质 量分数 ）时 ，树 脂表 面的接 触角 为 ５４。，
实现 了环氧树脂从原始 ＴＤＥ一８５／ＭＸＤＡ固化体系 表面的疏ＭＸＤＡ／ＰＥＧ固化
体 系表面亲水性 的转变 ；改性后树脂的玻璃化转 变温度 为 ７１℃ ，形状 固定率和 回复率 分别 为 ９６．１０％和
中 图 分 类 号 Ｏ６３１；０６４７
文献 标 志 码 Ａ
浸 润性 可控智 能表 面 在微／纳米 机 电系统 ¨ 、芯 片 实验 室 及 显 示 技 术 等 领域 具 有 广 阔 的应 用 前景 ．表 面浸 润性 主要 通过 表 面化学 组 成 和微 观 结 构 来 控 制．表 面化 学 组 成 的 可逆 转 变通 常 由 响应 分 子来 实现 ，包 括 ｐＨ、电 、光 、温 度等 刺激 响应 材 料 ．如 Ｚｈａｎｇ等 。。制备 了 １种 对 ｐＨ具 有 响应特 征 的聚二甲基硅氧烷一聚二乙烯基吡啶嵌段共聚物 ，当水滴 ｐＨ发生变化时，共聚物会发生去质子化和质 子化 之 间 的可逆转 换 ，从 而实 现对 润湿性 的可逆 控 制 ；Ｌａｈａｎｎ等 ¨ 在金 表 面沉 积 １６．巯 基一十六 烷 酸 自 组 装 单分 子层 ，通 过 电势 可控 制表 面分 子 构型 ，当分 子处 于直 线状 态 时 表 面 呈 现亲 水 性 ，当 分子 处 于 弯 曲状 态 时表 面呈 现疏 水性 ，从 而 实现 表 面在 亲水 性 和疏水 性 之 间的可 逆转 换 ；Ｎａｋａｔａ等 ¨ 利 用锐 钛 矿溶胶 制 备 了 ＴｉＯ：多 晶薄膜 ，经 紫外 光 处理 后得 到超 亲水 表 面 ，将 此薄 膜 置于黑 暗环 境 中 ，其超 亲 水 性可 维持 １～２ ｄ，随后 又重新 转 变为 疏水 状态 ；Ｘｉａ等 ¨ 制备 了 １种具 有 温度 、葡萄糖 和 ｐＨ 三重 响应 性 的聚 Ⅳ．异 丙基 丙烯 酰胺 一聚苯 硼酸 嵌段共 聚物 ，当外 界环境 处 于低 温 、碱性 环 境 和 高葡 萄糖 浓 度 时 ， 其 表 面呈 现超 亲水状 态 ，反 之呈 现超 疏水 状 态 ．另 一类 智能 浸润 性 表面 是通 过表 面微 结构 调 控实 现 的 ， 这类研 究 相对 较少 ，主要集 中于 聚二 甲基 硅 氧烷 弹 性体 和形 状记 忆 材料 的研 究 “ ，其 中形状 记忆 材 料 因具有 独 特 的智 能 响应 特 性成 为 新 的研 究 热 点 ．Ｙａｎｇ等 ¨ 报 道 了 １种 可用 于 液 体 收集 的 超疏 水 形 状记忆 聚合物微 阵列 ，通过施加剪切外力和加热的方式对微 阵列结构进行调控 ，实现 了表面浸润性在 疏水性 和超疏 水性 之 间的可 逆转 换 ；Ｓａｒｗａｔｅ等 ¨ 用 等 离 子 刻蚀 法 在 形 状 记忆 聚苯 乙烯 膜 表 面构 筑 微 纳米形 貌 ，制 备 了具有 不 同黏 附性 的超 疏水 表 面 ；本课 题 组 一 基 于形 状记 忆 环氧 树脂 ，报 道 了微 纳 米复 合结 构具有 形状 记 忆特 征 的超疏 水表 面 ，通 过 对表 面微 结 构 的动态 调 控 ，实 现 了对表 面 黏 附性 能 的可 逆调 控 ．同时 ，基于 微结 构形 状记 忆 效应 ，展示 了表 面超 疏 水性 的 自修 复功 能．目前 通过 形状 记 忆
陌生的“朋友”——环氧树脂知识介绍
陌生的“朋友”——环氧树脂知识介绍提起环氧树脂很多人对它都极其陌生，其实环氧树脂制品就在你身边，时刻在为您服务。
今天我就是来向您介绍这位陌生的朋友。
一、家中的常客每个人从小开始就有成家立业的愿望，这就是说既要有家又要有事业。
一开始事业可能很艰辛，家可能也不起眼，这并不可怕。
只要人勤奋、肯学习、有钻劲，在我国这片土地上一定会闯出各自的成就。
事业成功，家境发达，家中就会涌来一批“朋友”一旦拥有了这些“朋友”：家用电脑、家庭影院、彩电、DVD或VCD、音响及收录机、电冰箱、洗衣机、空调、电话机、传真机、…… 这些“朋友”的到来为你增添了乐趣、也带了现代化气息，使你的生活更加丰富多彩。
然而你可知道，当这些“朋友”跨进你家大门的同时，也为你带进了一位陌生的、能热情为你服务的“朋友”——环氧树脂体系。
环氧树脂体系可谓是家电的生死朋友，他们真是形影不离。
家电中少不了线路板，线路板少不了环氧树脂体系。
家电中有无数的电子元器件，电子元器件少不了由环氧树脂浇注、塑封、包封、密封。
家电必须绝缘、阻燃，否则就不能安全使用，而一些环氧树脂体系正是有着绝缘、阻燃作用，用它浸渍线圈、浇注变压器、封装高压包或微电机，就能有效、可靠、安全地为你服务。
当你看到电冰箱、洗衣机装饰得那么光彩夺目、鲜艳美观，你可知道它们也是由环氧树脂粉末涂料“涂脂抹粉”的结果吗？许多家庭室内装璜美观大方，家具华贵典雅，而这些高档家具漆，多彩的釉砖，漂亮的工艺制品等等，都闪现着你所不熟悉的“朋友”——环氧树脂体系的影子。
环氧树脂体系是一位忠实可靠的朋友，它在默默地为你服务。
你不仅在家中能经常遇到它，它还随时随地的陪伴着你，时刻准备着为你效劳。
二、旅游伙伴在家中你已和环氧树脂体系交上了朋友，在旅行中它将会使你旅途愉快。
现代化的交通工具，使旅途变短了，再也不像徐霞客那样艰辛。
无论你是坐汽车、火车、轮船还是乘飞机，你的朋友——环氧树脂体系的影子总在你的身边。
车船周身所涂的防腐底漆及装饰结构件的粘接，飞机用的结构胶，汽车门用的卷边胶，候车室中美观方便的座椅，公共场所各种功能性的地坪……。
联苯型环氧树脂的制备及形状记忆与摩擦学性能研究
联苯型环氧树脂的制备及形状记忆与摩擦学性能研究联苯型环氧树脂的制备及形状记忆与摩擦学性能研究摘要：近年来，形状记忆材料在各个领域得到了广泛的研究和应用。
联苯型环氧树脂是一种具有优异性能和形状记忆效应的材料。
本文通过探究制备联苯型环氧树脂的方法，以及研究其形状记忆和摩擦学性能，旨在为其在工程领域的应用提供理论和实验基础。
关键词：联苯型环氧树脂，制备，形状记忆，摩擦学性能引言：形状记忆材料是一类具有良好可逆性和可编程性的智能材料，可以在受到外界刺激后恢复其原始形状。
联苯型环氧树脂是一种新型的形状记忆材料，具有优异的力学性能和形状记忆效应。
本文将通过制备联苯型环氧树脂，并研究其形状记忆和摩擦学性能，以探究其在实际工程应用中的潜力。
1. 联苯型环氧树脂的制备方法联苯型环氧树脂的制备方法主要有两种：基于环氧团基的聚合反应和聚合物后修饰法。
基于环氧团基的聚合反应是通过环氧团基与活性双烯烃进行反应，形成网络结构的树脂。
聚合物后修饰法则是在聚合物链上引入联苯环，使其具有形状记忆效应。
本文将选择基于环氧团基的聚合反应制备联苯型环氧树脂。
2. 形状记忆效应的研究通过热力学分析和拉伸测试，可以研究联苯型环氧树脂的形状记忆效应。
热力学分析可以确定形状记忆温度（T_trans），即使在非常高的温度下，联苯型环氧树脂也能记住其原始形状并在降温后恢复。
拉伸测试则可以评估材料的形状恢复性能和形变能力。
实验结果表明，联苯型环氧树脂具有较好的形状记忆效应，能够快速恢复其原始形状。
3. 摩擦学性能的研究摩擦学性能是评价材料在摩擦过程中的耐磨性和摩擦系数的指标。
通过制备摩擦试样和摩擦实验，可以研究联苯型环氧树脂的摩擦学性能。
实验结果显示，联苯型环氧树脂具有低摩擦系数和良好的耐磨性能。
这可能是由于其独特的网络结构和高强度的分子间键结构所致。
结论：联苯型环氧树脂是一种具有优异性能和形状记忆效应的材料。
本文通过制备联苯型环氧树脂的方法，以及研究其形状记忆和摩擦学性能，对其在工程领域的应用进行了探究。
形状记忆环氧树脂
本次的研究集中于热固性和热致性两个点。
形状记忆高分子材料可用作固定创伤部位的器具，可替代传统的石膏绷带
(3)包装材料
形状记忆高分子材料可以很容易地制成包装薄膜，经过一个简单的加热工序，形状记忆薄膜 可牢固地收缩包裹在产品外面
(4)航空应用
如太阳能电池板（单独弯曲反射器）、天线（天线桁架结构）、雷达（抛物面天线反射器等 空间设备）迫切需要该种记忆材料。在空间展开结构上可以制作成形状铰链、形状记忆杆、可伸长 卷带贮存梁、形状记忆帆板等
长安大学新材料
形状记忆环氧树脂
Shape Memory Polymer （Epoxy）
指导老师：许培俊 主讲人：闫啸天 队员：吴小康，孟晓娟，薛旋
，房家鑫
本项目由2015年大学生创新创业训练项目改编而来，项目编号为 201510710085
长安大学材料学院
Table of Contents
1
SMP树脂简介
长安大学材料学院
形Байду номын сангаас
状
记
忆
聚合物的形状记忆功能主要源于材料内部存在不完全相容的两相：记忆
环 氧
起始形状的固定相和随温度变化能发生软化-硬化可逆变化的可逆相。固定 相的作用在于原始形状的记忆与恢复，可逆相则保证成型制品可以改变形状 。根据固定相的结构特征，SMP 可分为热固性和热塑性两大类。热固性聚
氢化环氧树脂体系形状记忆效应的研究
氢化环氧树脂体系形状记忆效应的研究魏堃;唐玉生;朱光明;李喜民;门倩妮;师瑞峰【摘要】将顺丁烯二酸酐(MA)与不同比例的氢化环氧树脂、聚丙二醇二缩水甘油醚(PPGDGE)共混,经完全固化制备出一种新型的形状记忆氢化环氧树脂体系.利用DMA,DSC、弯曲测试和U型形状记忆测试系统研究了该固化体系的动态力学性能、力学性能和形状记忆性能,结果表明:该固化体系交联点之间存在较长的柔性链段,导致部分结晶现象的出现;固化体系的玻璃化转变温度(Tg)最高达124℃,并且Tg随PPGDGE含量的增加而线性降低;该形状记忆氢化环氧固化体系具有优良的形状记忆性能,经过5次形状记忆测试,变形的试样均能在数分钟内完全恢复到变形前的状态,形变恢复率达100％.%A novel shape memory hydro-epoxy resin system was prepared by hydro-epoxy, poly ( propylene glycol) diglycidyl ether( PPGDGE) and maleic anhydride ( M A). DSC, DM A, bend test and U type shape memory test were used to systematically investigate the thermo-mechanical, mechanical and shape memory properties of these materials. These results indicate that the segment crystallization might occur, due to the existence of long flexible segments between the crosslink points in the hydro-epoxy network. The glass transition temperature ( Tf) of polymer decreases linearly with increasing of PPGDGE content, the highest Tg can reach to 124℃. The novel shape memory hydro-epoxy resin has good shape memory performance. The recovery time doesn't change dramatically in five cycles, full recovery can be observed only in several minutes, the shape recovery ratio (Rr) is almost 100%.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2012(032)003【总页数】6页(P57-62)【关键词】氢化环氧;形状记忆;玻璃化转变温度;结晶【作者】魏堃;唐玉生;朱光明;李喜民;门倩妮;师瑞峰【作者单位】西北工业大学理学院应用化学系,西安710129;西北工业大学理学院应用化学系,西安710129;西北工业大学理学院应用化学系,西安710129;中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院,西安710089;西北工业大学理学院应用化学系,西安710129;西北工业大学理学院应用化学系,西安710129【正文语种】中文【中图分类】TB381形状记忆聚合物（SMP）是一种新型的功能高分子材料，对这种材料进行变形，形变可以保持，在外界刺激（光、电、热、磁、溶液等［1～7］）的情况下，它又能够恢复到变形前的状态。
形状记忆聚合物环氧树脂
形状记忆聚合物环氧树脂形状记忆聚合物环氧树脂是一种特殊类型的高分子材料，其具有独特的"记忆"功能，可以记住其初始状态并在受到外界刺激时恢复至原状，其促进了材料在诸如微机电系统和智能材料等领域的广泛应用。
本文将详细介绍形状记忆聚合物环氧树脂的结构、性质、应用及研究进展。
形状记忆聚合物环氧树脂是由环氧树脂与形状记忆聚合物复合而成的，其化学结构形式为：[A - B - A]n，其中A是反相相邻的硬性段，B是软性段。
1、形状记忆性能：材料可以记住和恢复其原始形状。
2、高强度：形状记忆聚合物环氧树脂的硬性段赋予了其高强度。
3、高韧性：软性段赋予了其高韧性和弹性。
4、化学稳定性：形状记忆聚合物环氧树脂具有出色的耐化学品性能，适用于许多高性能应用中。
5、调谐性：材料的形状记忆特性可以通过调节化学构造或加工参数进行调节。
1、智能材料领域：用于模型设计，例如微型化机械结构。
2、医疗领域：用于制作自适应植入物或医疗器械，例如智能支架，用于心脏外科手术。
3、航空航天领域：用于制作降落伞或空气动力学设备。
4、服装设计领域：用于制作具有自动调整功能的服装。
例如，可以根据温度变化自动调整衣服的大小。
5、建筑领域：用于制作具有自适应形状的建筑材料，例如可自适应变形的建筑表皮。
随着形状记忆聚合物环氧树脂的应用范围的不断扩大，其相关研究也在不断深入：1、材料结构和复合材料的研究：材料的形状记忆特性可以通过改变硬性段和软性段之间的比例来调节。
2、新型模型设计的研究：新型模型设计可以提高实验能力和模拟形状记忆聚合物环氧树脂的性能，为应用提供更好的理论指导。
3、材料在复合材料中的应用研究：复合材料通常具有高强度和轻量化特性，形状记忆聚合物环氧树脂可以使其拥有更多应用。
在这方面，研究已经初见成效。
综上所述，形状记忆聚合物环氧树脂已成为高分子材料中备受瞩目的研究领域之一。
未来，随着其成熟度的提高和应用领域的扩大，这种材料将会有更广泛的应用。
亲水性形状记忆环氧树脂制备及表面浸润性调控
亲水性形状记忆环氧树脂制备及表面浸润性调控钱艺豪;张东杰;成中军;康红军;刘宇艳【摘要】采用聚乙二醇(PEG)对间苯二甲胺(MXDA)固化的TDE-85环氧树脂体系进行改性,制备了亲水性形状记忆环氧树脂,结合微形貌构筑和热响应方式对树脂表面浸润性进行智能调控.结果表明,PEG的引入有效地增加了TDE-85环氧树脂的亲水性.PEG的最佳含量为20％(质量分数)时,树脂表面的接触角为54°,实现了环氧树脂从原始TDE-85/MXDA固化体系表面的疏水性(接触角为108°)到TDE-85/MXDA/PEG固化体系表面亲水性的转变;改性后树脂的玻璃化转变温度Tg为71℃,形状固定率和回复率分别为96.10％和99.97％,表明得到的树脂具有良好的形状记忆性能.进一步采用模板法在树脂表面构筑了微阵列结构,基于形状记忆效应,通过对表面微阵列形态的控制,实现了环氧树脂表面介于亲水性(接触角为51°)与超亲水性(接触角为0°)间的可逆浸润性智能调控.【期刊名称】《高等学校化学学报》【年(卷),期】2018(039)008【总页数】6页(P1823-1828)【关键词】环氧树脂;亲水性;微形貌;形状记忆;浸润性调控;聚乙二醇【作者】钱艺豪;张东杰;成中军;康红军;刘宇艳【作者单位】哈尔滨工业大学化工与化学学院,新能源转换与储存关键材料技术工业和信息化部重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学化工与化学学院,新能源转换与储存关键材料技术工业和信息化部重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学基础与交叉科学研究院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学化工与化学学院,新能源转换与储存关键材料技术工业和信息化部重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学化工与化学学院,新能源转换与储存关键材料技术工业和信息化部重点实验室,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】O631;O647浸润性可控智能表面在微/纳米机电系统[1]、芯片实验室[2]及显示技术[3]等领域具有广阔的应用前景. 表面浸润性主要通过表面化学组成和微观结构来控制. 表面化学组成的可逆转变通常由响应分子来实现, 包括pH、电、光、温度等刺激响应材料[4～9]. 如Zhang等[10]制备了1种对pH具有响应特征的聚二甲基硅氧烷-聚二乙烯基吡啶嵌段共聚物, 当水滴pH发生变化时, 共聚物会发生去质子化和质子化之间的可逆转换, 从而实现对润湿性的可逆控制; Lahann等[11]在金表面沉积16-巯基-十六烷酸自组装单分子层, 通过电势可控制表面分子构型, 当分子处于直线状态时表面呈现亲水性, 当分子处于弯曲状态时表面呈现疏水性, 从而实现表面在亲水性和疏水性之间的可逆转换; Nakata等[12]利用锐钛矿溶胶制备了TiO2多晶薄膜, 经紫外光处理后得到超亲水表面, 将此薄膜置于黑暗环境中, 其超亲水性可维持1～2 d, 随后又重新转变为疏水状态; Xia等[13]制备了1种具有温度、葡萄糖和pH三重响应性的聚N-异丙基丙烯酰胺-聚苯硼酸嵌段共聚物, 当外界环境处于低温、碱性环境和高葡萄糖浓度时, 其表面呈现超亲水状态, 反之呈现超疏水状态. 另一类智能浸润性表面是通过表面微结构调控实现的, 这类研究相对较少, 主要集中于聚二甲基硅氧烷弹性体和形状记忆材料的研究[14～17], 其中形状记忆材料因具有独特的智能响应特性成为新的研究热点. Yang等[18]报道了1种可用于液体收集的超疏水形状记忆聚合物微阵列, 通过施加剪切外力和加热的方式对微阵列结构进行调控, 实现了表面浸润性在疏水性和超疏水性之间的可逆转换; Sarwate 等[19]用等离子刻蚀法在形状记忆聚苯乙烯膜表面构筑微纳米形貌, 制备了具有不同黏附性的超疏水表面; 本课题组[20—22]基于形状记忆环氧树脂, 报道了微纳米复合结构具有形状记忆特征的超疏水表面, 通过对表面微结构的动态调控, 实现了对表面黏附性能的可逆调控. 同时, 基于微结构形状记忆效应, 展示了表面超疏水性的自修复功能. 目前通过形状记忆功能实现智能浸润性调控主要集中于从疏水至超疏水的可逆转变, 而无法通过形状记忆性能在单一表面实现亲水至超亲水的浸润性转变. 为此, 本文制备了1种具有形状记忆性能的亲水性环氧树脂, 并通过模板法将其构造成微阵列结构, 通过外压和热处理, 控制表面微结构分别处于倒伏和直立状态, 从而实现对表面浸润性的动态调控, 即从亲水性至超亲水性之间的可逆浸润性转变.1 实验部分1.1 试剂与仪器TDE-85环氧树脂(天津津东化工厂, 环氧值0.85); 间苯二甲胺(MXDA, 分析纯, 长沙市化工研究所); 聚乙二醇(PEG, 分子量400, 阿拉丁试剂有限公司); 氟硅烷(FAS-17, 日本信越化学工业株式会社); 聚二甲基硅氧烷(分析纯, 道康宁有机硅胶有限公司).SU8010型扫描电子显微镜(日本日立公司); JC-2000D5型接触角测量仪(上海中晨公司); OLS4100型激光扫描共聚焦显微镜(日本奥林巴斯公司); SDTA861e型动态热机械分析仪(瑞士梅特勒公司); Q800型静态热机械分析仪(美国TA公司);ZKF030型真空干燥箱(上海实验仪器厂有限公司); 101A-1ET型电热鼓风干燥箱(上海实验仪器厂有限公司).1.2 实验过程1.2.1 树脂胶液配制分别将TDE-85, MXDA和PEG加入到100 mL玻璃烧杯中搅拌均匀后放入真空烘箱内去除全部气泡得到均匀透明的树脂胶液, 按PEG的质量分数分别为0, 4%, 8%, 12%, 16%, 20%和24%得到7种TDE-85/MXDA/PEG树脂体系.1.2.2 亲水性环氧树脂制备取出一部分胶液浇入槽型金属模具中, 除去气泡后进行热固化(固化条件为40 ℃ 1 h; 60 ℃ 2 h; 100 ℃ 10 h), 脱模得到亲水性形状记忆环氧树脂.1.2.3 形状记忆环氧树脂微阵列制备将一部分胶液注入微阵列模板中, 真空脱气至气泡完全除净, 在烘箱内40 ℃ 1 h, 60 ℃ 2 h, 100 ℃ 10 h进行固化, 脱模得到具有微阵列形貌的形状记忆环氧树脂.Fig.1 Statistic of the water contact angles of TDE-85 epoxy resin modified by diffe-rent amount of PEGInsets are shapes of a water droplet on the related surface.1.2.4 压倒和回复实验将具有微阵列形貌的形状记忆环氧树脂试样加热, 温度高于材料玻璃化转变温度, 对表面施加0.3 MPa外力, 使表面微阵列变形, 在外力存在下冷却至室温(25 ℃), 取消外力, 使微阵列处于临时的倒伏形态; 回复实验是随后进一步对形状记忆环氧树脂进行加热, 材料受热触发, 微阵列回复至原始的永久形状.2 结果与讨论2.1 亲水性环氧树脂表面化学性能及浸润性分析PEG具有良好的柔韧性和亲水性, TDE-85/MXDA固化物体系中引入PEG, 将改变其交联结构和浸润性. 水接触角实验(图1)结果表明, PEG能够显著改善TDE-85/MXDA固化物的亲水性. 原始TDE-85/MXDA固化体系表面接触角为108°, 呈疏水性; 随着体系中PEG含量的增加, 表面水接触角逐步下降, 当PEG含量为24%时接触角达到46°, 比未添加PEG的TDE-85/MXDA固化物的接触角108°下降了62°, 实现了TDE-85环氧树脂表面从疏水性到亲水性的浸润性转变.采用红外光谱分析PEG对TDE-85/MXDA固化物化学结构的影响, 如图2所示. 可以看出, 未添加PEG的TDE-85/MXDA固化物结构中环氧基团的特征吸收峰(928 cm-1)基本消失, 而含有不同比例PEG的TDE-85/MXDA/PEG的固化体系中均存在较小的环氧基团吸收峰, 同时, 体系在3422 cm-1处均出现了羟基特征吸收峰, 且随着PEG含量的增加, 环氧基和羟基峰的吸收峰强度都略有增加, 表明随着PEG含量的增加, PEG分子中的羟基对TDE-85环氧树脂中环氧基的屏蔽作用增加, 导致少部分环氧环未能参加开环聚合反应, 而羟基的出现改善了聚合物的亲水性, 这与图1中表面接触角的变化趋势一致.Fig.2 Infrared spectra of TDE-85 epoxy resins modified by different amount of PEGMass fraction of PEG(%): a. 0; b. 4; c. 8; d. 12; e. 16; f. 20; g. 24. Fig.3 Variation of Tg with the increasing of PEG amount in the TDE-85/MXDA/PEG curing system2.2 亲水性环氧树脂形状记忆性能对于形状记忆环氧树脂, 玻璃态与高弹态之间的可逆转变是产生形状记忆效应的必要因素, 因此树脂固化体系的玻璃化转变温度(Tg)是影响其形状记忆性能的关键因素. 对7种TDE-85/MXDA/PEG体系进行动态热机械性能(DMA)测试, 得到了材料玻璃化转变温度与PEG添加量之间的关系, 如图3所示. 可以看出, TDE-85/MXDA/PEG固化体系的Tg随PEG含量增加而下降, 从TDE-85/MXDA体系的155 ℃降低到PEG含量为24% 时的46 ℃. 这一变化一方面是由于PEG的羟基与TDE-85环氧基之间的吸附作用使部分环氧环受到屏蔽没有参与固化交联反应, 导致树脂体系交联度下降, 相邻交联点之间的平均链长变大; 另一方面由于PEG在固化体系发挥了增塑剂的作用, 使环氧树脂分子链之间的距离增大, 为分子链构象调整松弛提供了空间, 同时使分子间作用力减弱, 链段相互运动的摩擦力也减弱; 固化体系中PEG含量越高, 增塑效果越明显, 即TDE-85/MXDA/PEG固化体系的Tg随PEG含量增加而下降幅度增大.采用U形折叠法对TDE-85/MXDA/PEG各体系进行了形状记忆性能初步探究, 结果发现, 当树脂体系中未添加PEG时, 由于固化物结构的刚性和脆性, 在弯折时容易断裂. 添加PEG的TDE-85/MXDA/PEG体系表现出更好的韧性, 同时也展现了良好的形状记忆性能, 其形状固定率和形状回复率测试结果如表1所示. 可以看出, 所有样品均拥有良好的形状回复率, PEG含量为20%时树脂体系的形状固定率达到96.10%, 而形状回复率达到99.97%. 但是PEG的含量增加至24%时, 体系的形状固定率出现明显的下降, 这是由于树脂交联度下降, 形状记忆固定相减少, 不足以保持结构形状的稳定性. 因此在本文研究中, PEG含量为20%时为最佳亲水性形状记忆环氧树脂体系.Fig.4 Static thermal mechanical analysis of TDE-85 epoxy system modified with 20% PEGTable 1 Shape fixed rate and shape recovery rate of TDE-85/MXDA/PEG curing systemMass fraction of PEG(%)Shape fixed rate(%)Shape recovery rate(%)410099.76899.1099.701298.2099.651697.3099.712096.1099.972493. 2098.90利用静态热机械分析方法, 采用拉伸模式对PEG含量为20%的环氧树脂体系形状记忆性能进行了表征, 测试结果如图4所示. 图中虚线左侧为临时形状固定过程, 右侧为形状回复过程, 引发材料形变的应力为0.4 MPa. 根据测试结果, 通过下列公式可分别计算出材料形状固定率(Rf)和回复率(Rr), 分别为Rf =95.13%, Rr=99.49%, 结果与前述U型折叠法结果大致一致.Rf(%)=(ε-εi)/(ε1-εi)×100%,(1)Rr(%)=(ε-εr)/(ε-εi)×100%(2)2.3 亲水形状记忆环氧树脂微阵列形貌与浸润性智能调控选择PEG添加量为20%的TDE-85/MXDA/PEG体系为研究对象, 通过模板法在其表面构筑微阵列并进行浸润性智能调控, 结果如图5(A)所示. 微阵列单元长度、宽度和高度分别为10, 20和30 μm, 柱子表面平整光滑且排列整齐一致. 当表面加热到其玻璃化转变温度以上时(91 ℃高于Tg 值71 ℃), 对微阵列表面施加压力使其倒伏, 并迅速降温定型. 通过SEM[图5(B)]观察发现, 微阵列被压为一边倒伏状, 倒伏的阵列形貌仍然均匀规整无缺陷和破损, 表明PEG改性的TDE-85环氧树脂具有很好的韧性和热形变性能; 重新将倒伏的微阵列加热至91 ℃, 发现倒伏的环氧树脂微阵列完全回复至原始的直立状态[图5(C)], 表明制备的样品在微米尺度上同样具有良好的形状记忆性能.Fig.5 Surface microstructure variation of TDE-85 epoxy curing system with 20% PEG(A)―(C) are SEM images of the surface microstructure at original state, crushed state after pressing and restored state after heating, respectively. Inset in (A) is the magnified image of one pillar corresponding to (A). (D)―(F) are 3D confocal microscopy images of the surface microstructure at original state, crushed state after pressing and restored state after heating, respectively. (G)―(I) are the profile pictures corresponding to (D), (E) and (F), respectively.从三维结构图[图5(D)]可以看出, 微阵列结构表面规整均匀, 与扫描电镜测试结果一致. 精细测试计算图5(D)中蓝线标出的一行阵列的轮廓尺寸, 得到如图5(G)所示的曲线图. 可以看出, 微阵列中各柱子结构形状相同, 高度平均为30 μm. 当阵列受到外压作用后其微结构表面发生了明显的倒伏现象[图5(E)], 其阵列平均高度降低至9 μm[图5(H)]. 经过加热处理, 倒伏阵列重新恢复初始的直立状态[图5(F)], 阵列柱子的高度与倒伏之前柱子的高度完全相同[图5(I)]. 进一步证明了材料良好的形状记忆性能. 同时, 表面微阵列可以介于直立态与倒伏态间多次循环变化, 最后柱子都能恢复到原始高度(图6), 表明所制备的材料具有良好的稳定性.Fig.6 Variation of pillar height after cycle pressing and heating processes 采用接触角测试的方法评价了亲水性环氧树脂微阵列形貌变化对表面浸润性的影响, 结果如图7所示. 当形状记忆环氧树脂微阵列处于直立状态时, 其表面接触角为0°, 表现出超亲水性[图7(A)], 这是因为表面微阵列引起高表面粗糙度, 在三维毛细作用下, 水滴更容易进入到微阵列间隙中而呈现出超亲水状态[图7(C)]; 当微阵列表面的微结构发生变化, 即形状记忆环氧树脂微阵列处于倒伏形状时, 由于表面粗糙度降低, 表面微观结构的放大作用降低, 毛细作用减弱, 接触角增加至大约51°[图7(B)和(D)]. 当表面微结构恢复到初始直立态时, 表面接触角又降为0°, 表明表面又恢复到超亲水状态. 同时由于独特的形状记忆效应赋予微阵列结构的多次循环可控性, 如图7(E)所示, 表面浸润性也可以实现多次循环可控, 展现良好的智能特征.Fig.7 Shapes of a water droplet on the surface with different pillar structures(A) Upright pillars; (B) collapsed pillars; (C) and(D) schematic illustration of different water/solid contact models for surface with different pillar structures; (E) change of water contact angle after cyclic pressing and heating the surface.3 结论通过添加PEG实现了对TDE-85/MXDA树脂体系的亲水性改性. 当PEG含量为20%时获得的树脂具有最佳的形状记忆性能, 其形状固定率和形状回复率分别达到了96.10%和99.97%. 模板复制法可以在亲水性形状记忆环氧树脂表面构筑阵列微结构, 同时表面浸润性可以通过控制表面阵列形态实现智能调控, 介于亲水性和超亲水性之间可逆循环变化.参考文献【相关文献】[1] Cho S. K., Moon H. J., Kim C. J., J. Microelectromech. Syst., 2003, 12(1), 70—80[2] Srinivasan V., Pamula V. K., Fair R. B., Lab Chip, 2004, 4(4), 310—315[3] Hayes R. A., Feestra B. J., Nature, 2003, 425(6956), 383—385[4] Huang X., Sun Y., Soh S., Adv. Mater., 2015, 27(27), 4062—4068[5] Yu X., Wang Z. Q., Jiang Y. G., Shi F., Zhang X., Adv. Mater., 2005, 17(10), 1289—1293[6] Tian D., Chen Q., Nie F. Q., Xu J., Song Y., Jiang L., Adv. Mater., 2009, 21(37), 3744—3749[7] Tian D., Zhang X., Tian Y., Wu Y., Wang X., Zhai J., Jiang L., J. Mater. Chem., 2012, 22(37), 19652—19657[8] Janout V., Myers S. B., Register R. A., Regen S. L., J. Am. Chem. Soc., 2007, 129(17), 5756—5759[9] Fu Q., Rama R. G. V., Basame S. B., Keller D. J., Artyushkova K., Fulghum J. E., Lopez G. P., J. Am. Chem. Soc., 2004, 126(29), 8904—8905[10] Zhang L., Zhang Z., Wang P., NPG Asia Mater., 2012, 4, e8[11] Lahann J., Mitragotri S., Tran T. N., Kaido H., Sundaram J., Choi I. S., Hoffer S., Somorjai G. A., Langer R., Science, 2003, 299(5605), 371—374[12] Nakata K., Nishimoto S., Kubo A., Tryk D., Ochiai T., Murakami T., Fujishima A., Chem. Asian J., 2009, 4(6), 984—988[13] Xia F., Ge H., Hou Y., Sun T. L., Chen L., Zhang G. Z., Jiang L., Adv. Mater., 2007, 19(18), 2520—2524[14] Lee S., Yim C., Kim W., Jeon S., ACS Appl. Mater. Inter., 2015, 7(35), 19853—19856[15] Wong W. S. Y., Gutruf P., Sriram S., Bhaskaran M., Wang Z., Tricoli A., Adv. Funct. Mater., 2016, 26(3), 399—407[16] Wu Z. L., Buguin A., Yang H., Taulemesse J. M., Le Moigne N., Bergeret A., Wang X., Keller P., Adv. Funct. Mater., 2013, 23(24), 3070—3076[17] García-Huete N., Cuevas J., Laza J., Vilas J., León L., Polymers, 2015, 7(9), 1674—1688[18] Yang S., Chen C., Adv. Mater., 2014, 26(8), 1283—1288[19] Sarwate P., Chakraborty A., Garg V., Luo C., J. Micromech. Microeng., 2014, 24(11), 115006[20] Lv T., Cheng Z. J., Zhang E. S., Kang H. J., Liu Y. Y., Jiang L., Small, 2017, 13(4), 1503402[21] Lü T., Cheng Z. J., Lai H., Zhang E. S., Liu Y. Y., Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(7), 1351—1356(吕通, 成中军, 来华, 张恩爽, 刘宇艳. 高等学校化学学报, 2016, 37(7), 1351—1356)[22] Lü T., Cheng Z. J., Lai H., Zhang E. S., Liu Y. Y., Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(8), 1559—1564(吕通, 成中军, 来华, 张恩爽, 刘宇艳. 高等学校化学学报, 2016, 37(8), 1559—1564)。
环氧树脂知识讲解ppt课件
编辑版pppt
7
双酚S型环氧树脂（简称DGEBS树脂）：
O C H 2 C H C H 2 O
氢化双酚A型环氧树脂：
O C H 2 C H C H 2 O
SO 2
C H 3 C C H 3
OC H 2 C HC H 2 O
n
O H
SO 2
O C H 2 C HC H 2 O
OC H 2 C HC H 2 O
编辑版pppt
15
三、 按状态分类 按室温下的状态，环氧树脂可分为液态环氧树脂和固态环氧树脂。 液态树脂指相对分子质量较低的树脂，可用作浇注料、无溶剂胶粘剂和 涂料等。固态树脂是相对分子质量较大的环氧树脂，是一种热塑性的固 态低聚物，可用于粉末涂料和固态成型材料等。
编辑版pppt
返回 16
第三节 环氧树脂的性质与特性指标
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的可逆相和固定相。从这个理论出发，就可以解释为什么凡是既具有固定相
又具有可逆相结构的聚合高分子材料，都可显示出一定的形状记忆特性。
长安大学材料学院
应用
形状记忆高分子材料具有广泛的应用前景，作为一种新型功能材料，它 在航空航天、自动控制系统、医学、能源等领域具有重要的应用
(1)电线电缆的接续和保护 (2)医疗器材
长安大学新材料
形状记忆环氧树脂
Shape Memory Polymer （Epoxy）
指导老师：许培俊 主讲人：闫啸天 队员：吴小康，孟晓娟，薛旋
，房家鑫
本项目由2015年大学生创新创业训练项目改编而来，项目编号为 201510710085
长安大学材料学院
Table of Contents
1
SMP树脂简介
其中，形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer，SMP)是指具有 初始形状，经形变并固定之后，可以通过加热等方法改变外部条件，使其回 复至初始形状的聚合物。形状记忆聚合物按激励形式的不同可分为热致型、 电致型、光致型和化学感应型等多种。按照性质分类，又可以分为热塑性和 热固性两类。
本次的研究集中于热固性和热致性两个点。
记 忆
化。热固性形状记忆聚合物能产生记忆效应，主要是依靠分子链随温度变化 能记忆和恢复形状变化，以及分子链中的交联结点来固化初始形状。此处的 运动分子链便是可逆相，交联固定点则是固定相。热塑性形状记忆聚合物一
机 般是嵌段线型共聚物，嵌段分子链中含有不同的相片段，玻璃化转变温度（
理
Tg）或熔化温度(Tm)相对较低的聚合物片段可视为形状记忆聚合物的软段 ，而 Tg或 Tm相对较高的聚合物片段称为硬段，分别对应形状记忆聚合物
形状记忆高分子材料可用作固定创伤部位的器具，可替代传统的石膏绷带
(3)包装材料
形状记忆高分子材料可以很容易地制成包装薄膜，经过一个简单的加热工序，形状记忆薄膜 可牢固地收缩包裹在产品外面
(4)航空应用
如太阳能电池板（单独弯曲反射器）、天线（天线桁架结构）、雷达（抛物面天线反射器等 空间设备）迫切需要该种记忆材料。在空间展开结构上可以制作成形状铰链、形状记忆杆、可伸长 卷带贮存梁、形状记忆帆板等
Weaknesses
树脂的机械强度可以通过添加复合材料来增强，但是添加过量会影响到记忆 性，另一方面韧性较差仍然是此类树脂的主要问题。
长安大学材料学院
形状记忆材料是智能材料的一种，指能够感知并且响应环境变化（如温 度、电磁、力、光照、溶剂等）的刺激，对其力学参数（如形状、位置、应 变等)进行调整，从而回复至预先设定状态的材料常见的形状记忆材料有形状 记忆合金、形状记忆聚合物以及形状记忆陶瓷。
长安大学材料学院
形
状
记
忆
聚合物的形状记忆功能主要源于材料内部存在不完全相容的两相：记忆
环 氧
起始形状的固定相和随温度变化能发生软化-硬化可逆变化的可逆相。固定 相的作用在于原始形状的记忆与恢复，可逆相则保证成型制品可以改变形状 。根据固定相的结构特征，SMP 可分为热固性和热塑性两大类。热固性聚
的 合物一般是体型聚合物，呈化学交链的网状结构，加工成型后不能再受热熔
(5)桥梁道路器材
长安大学材料学院
实验过程
阅读文献
试验方案设计
试验论证 数据分析 论文支持
长安大学材料学院
搜集的文献资料
长安大学材料学院
原料
长安大学材料学院
计量仪
仪 真空烘箱 器
试验台
长安大学材料学院
长安大学材料学院
现有成果
长安大学材料学院
现有成果
长安大学材料学院
个人推荐
长安大学材料学院
Thanks
长安大学材料学院
2
SMP树脂机理
3
SMP树脂应用
4
实验过程及表征
5
现有成果
6
个人推荐
长安大学材料学院
材料简介
Material
形状记忆环氧树脂（SMEP）是一种新兴智能材料，由于具有较好形状记忆 性能、力学性能以及广阔应用前景而受到人们的重视，
Strengths
形状记忆树脂其特有的记忆性能使其在空间体积有着很大可调节性，非常具 有灵活性，可调节性，还可以根据环境的不同选择方便激发方式。