[发明专利]一种双层高分子基电响应形状记忆材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双层高分子基电响应形状记忆材料及其制备方法，该材料是由作为固定相的热塑性高分子弹性体和作为可逆相的结晶或无定型高分子材料层叠热压制得的双层复合物，其中一相物料掺杂导电粒子或两相物料同时掺杂导电粒子。当施加电压刺激时，导电粒子产生的电热效应使材料温度升高，可逆相高分子材料分子链被解冻，进而实现电响应形状回复。本发明提供的制备方法所制得的高分子基电形状记忆材料可以通过调节电压大小，导电粒子种类、含量及分布方式，固定相与可逆相层厚比等方式实现形状回复速度和形状回复率的灵活调控；所需原料均为市售，生产成本低；制备方法工艺简单，生产效率高并可以连续批量生产。

技术领域

本发明涉及高分子基功能材料及其加工制造领域，特别涉及一种双层高分子基电响应形状记忆材料及其制备方法。

背景技术

形状记忆高分子材料是指在外界环境变化刺激下（如光、热、电、磁、水等）可以对自身的状态参数进行调整，由一个临时设定形状回复到初始状态的一类智能材料，其中研究最为广泛的是热响应形状记忆高分子材料。热响应形状记忆高分子材料通常存在明显的热/相转变，可基于此转变提供一个形状记忆开关温度：当加热材料至开关温度以上，施加外力构造临时形状后降温到室温时，变形的分子链将被冻结，临时形状得到固定；再次升温至开关温度，分子链解冻发生熵弹回复，材料在此驱动下实现初始形状回复。然而，热响应形状记忆高分子材料只能响应热刺激，在一些特殊环境如人体、太空中，往往无法营造满足要求的温度场，因此应用范围有限。

电响应形状记忆高分子材料是热响应形状记忆高分子材料通过掺杂导电粒子制得的一类导电复合物，可在电场刺激下产生焦耳热加热材料至开关温度以上，进而实现电响应形状回复，已被广泛用于微型传感、智能驱动、生物医疗、航空航天等高端领域。根据焦耳定律，导电复合物在一定电压下单位时间产生的热量与其电导率成正比。因此，优化导电粒子的分散，高效构建导电网络是电响应形状记忆高分子材料获得快响应、高回复性能的关键。然而，导电粒子的分散取决于粒子与基体间的相互作用，也受复合体系组分比、界面张力、成型加工条件等众多因素影响，传统热塑加工方法难以实现导电粒子的可控分布。因此，提出简单易行的导电粒子分散控制方法，发展高性能电响应形状记忆高分子材料的创新构筑思路对推动智能材料领域发展具有重要研究价值和实用意义。

发明内容

本发明针对现有高分子基电响应形状记忆材料形态结构设计灵活性差、导电粒子分散难以调控、导电性能调节方式单一、形状记忆性能可变范围小等技术问题，提出一种双层高分子基电响应形状记忆材料及其制备方法。以商品化的高分子材料及导电粒子为原料，通过简单的层叠热压工艺得到具有双层结构、电响应形状记忆性能易调的高分子复合材料。制备过程中不需有机溶剂，工艺简单、高效，成本低，易实现工业化连续生产，所得新型材料性能优异，可调节范围广，应用前景巨大。

本发明提出的双层高分子基电响应形状记忆材料，使用一种热塑性高分子弹性体和另一种室温下为玻璃态或结晶态的高分子材料，两种材料中的一种掺杂导电填料或两种材料均掺杂导电粒子后，通过层叠热压制得两种物料层状连续分布的复合物。材料中的热塑性弹性体层具有橡胶回弹性，充当固定相；另一结晶或无定型高分子材料可在特定温度下发生相或热(结晶-熔融或玻璃化-橡胶态)的转变，进而冻结或解冻临时形状，充当可逆相。

具体讲，本发明提出的一种双层高分子基电响应形状记忆材料及其制备方法，其特征在于该电响应形状记忆材料是由以下高分子基固定相物料和高分子基可逆相物料层叠热压制得的双层复合物，其中一相物料掺杂导电粒子或两相物料同时掺杂导电粒子：

(1) 所述电响应形状记忆是指材料所具有的能够通过设定热机械变形条件获得临时形状，然后在电刺激作用下实现临时形状至初始形状回复的特殊功能，评价指标包括形状回复速度和形状回复率；

(2) 所述高分子基固定相物料为室温下具有橡胶回弹性的高分子热塑性弹性体；

(3) 所述高分子基可逆相物料为升温过程中存在明显熔融或玻璃化转变的热塑性高分子材料；