磁—热双响应杜仲胶形状记忆复合材料的制备与性能研究

来源 :沈阳化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zrn851207
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磁响应形状记忆复合材料(MSC),通常是将具有磁响应特性的纳米粒子分散在热响应形状记忆聚合物基体当中,在高频交变磁场的作用下,磁性纳米粒子感应生热,对形状记忆聚合物(SMP)基体进行加热,当温度达到其形状转变温度时即可实现形状回复。目前,磁响应形状记忆复合材料基体以合成材料为主,在应用过程中出现力学性能较差、形状回复率较低、回复速度慢和相转变温度高等问题,限制了磁响应形状记忆复合材料的应用及发展。以天然生物基杜仲胶(EUG)为基体,选择Fe3O4纳米粒子作为磁响应填料,制备磁-热双响应杜仲胶形状记忆复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机、差示扫描量热仪(DSC)、动态热机械分析仪(DMA)、感应加热设备和红外热成像仪,对复合材料进行微观形貌、力学性能、结晶性能、储能模量、磁场中升温速率以及形状记忆性能分析。结果表明,当Fe3O4纳米粒子用量超过30 phr后,Fe3O4在EUG基体中出现团聚现象,Fe3O4/EUG复合材料室温下力学性能与结晶度随Fe3O4纳米粒子增加逐渐下降。Fe3O4/EUG复合材料仍保持较好的形状记忆性能,随着Fe3O4纳米粒子增加在磁场中回复速度逐渐加快。为改善Fe3O4纳米粒子在基体中的分散性和界面相容性,利用溶胶-凝胶法与原位聚合法,分别制备无机壳层二氧化硅包覆的Fe3O4@SiO2纳米粒子与有机壳层聚苯胺包覆的Fe3O4@PANI纳米粒子,从而提高复合材料的力学性能。通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)和透射电子显微镜(TEM),对其核壳结构进行表征。将核壳材料引入EUG基体中,制备Fe3O4@SiO2/EUG复合材料和Fe3O4@PANI/EUG复合材料。探究Fe3O4@SiO2和Fe3O4@PANI纳米粒子含量和包覆厚度对复合材料的升温速率、磁响应形状回复、纳米粒子的微观形貌及力学性能的影响。结果表明,适当厚度的包覆,有利于磁性纳米粒子在基体中分散,Fe3O4@SiO2纳米粒子与未包覆的Fe3O4复合材料相比,包覆后的复合材料在室温条件下力学性能得到了明显改善,而Fe3O4@PANI纳米粒子使复合材料在高温条件下的力学性能得到了显著提高。Fe3O4@PANI纳米粒子的热传递比Fe3O4@SiO2纳米粒子速率快,同添加30 phr磁性纳米粒子的Fe3O4@PANI/EUG复合材料和Fe3O4@SiO2/EUG复合材料相比形状回复时间缩短6 s。
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