[发明专利]一种具有形状记忆效应的液晶环氧树脂及制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于材料工程领域，具体涉及一种形状记忆材料，特别涉及一种具有形状记忆效应的液晶环氧树脂及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，将介晶基元引入智能材料成了材料研究领域的一大热点。2003年，Patrick T.Mather等首次合成并研究了一种具有形状记忆效应的热固性近晶C型液晶弹性体。他们将这种液晶弹性体加热到清亮点以上，近晶C型多畴交联体系丧失其近晶有序性，在此时拉伸，然后降温，已被拉伸的交联体系可保持其拉伸后的形状。当再次把该体系加热到清亮点以上，体系将恢复到最开始的形状。由于形状回复温度对应于体系的清亮点，且相对于传统的热致形状记忆高分子材料而言，力学性能得到较大改善。且与其他形状记忆材料如聚环辛烯相比，这种液晶弹性体在临界温度以下仍具有相对高的模量，远高于100MPa，即使在-120℃以下仍保持橡胶态结构，其模量小于20MPa。这种新的形状记忆液晶弹性体有望在要求低变形温度、低模量的生物医药领域如人造肌肉等方面得到广泛的应用。在热固性的液晶环氧树脂中，液晶的有序微畴可以通过固化反应完全固定下来，这就赋予了液晶环氧树脂较好的力学和热力性能。液晶环氧与普通环氧树脂的复合，不但提高了环氧树脂的性能，还降低了了材料成本。

随着人类对太空探索的不断深入，对航天器上大型空间结构也提出了强烈的需求。天线、太阳能电池阵等航天器上大型组件的使用，要求这些装置、结构和组件需要由轻质、可折叠封装、并能在空间上展开的材料来制备。目前空间研究中用的主要还是热塑性形状记忆聚合物作为大型空间展开结构，但热塑性的形状记忆聚合物存在热响应温度不易调节，响应时间长，回复力小等缺点，不能满足空间大型组件发展的需求。

过去人们对形状记忆高分子的研究主要集中于热塑性聚合物，从90年代末开始，形状记忆热固性树脂(主要是形状记忆环氧树脂)的研究逐渐热门起来。形状记忆热性环氧树脂已经显示出卓越的形状恢复特性和优异的刚度、强度和耐环境特性。目前已见报道的太空使用的形状记忆环氧树脂仅有Composite Technology Development(CTD)开发的TEMBO系列环氧树脂和ILC Dover，Inc.开发的TP系列环氧树脂。CTD在1999年开发了一类用于纤维增强弹性记忆复合材料(EMC)的形状记忆聚合物树脂。与传统的SMP相比，EMC材料回复应力大，多次循环后回复精度高等优点。但这些研究内容大多是保密的。近年来，通用汽车公司的Tao等人在报道了一系列的环氧树脂，主要是通过在环氧树脂中加入柔性固化剂、长烷基链单胺等控制环氧树脂的分子结构和交联密度，以调节形状记忆环氧树脂的响应温度、固定率和回复率、回复应力、回复速率等形状记忆特性。而在国内，形状记忆环氧树脂的研究主要是哈尔滨工业大学的刘宇艳等基于普通环氧树脂制备和表征了一系列形状记忆环氧树脂及其复合材料，但其回复速度慢，要几十秒甚至上百秒才能完全回复。

发明内容

为了克服现有大型空间形状记忆组件力学性能和热性能较差的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种力学性能和热性能较好的、具有形状记忆效应的液晶环氧树脂。

本发明的另一目的在于提供上述的液晶环氧树脂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述的液晶环氧树脂的用途。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种具有形状记忆效应的液晶环氧树脂，由以下重量份数的成分制备得到：

环氧树脂：  100份

一元脂肪胺：1.22-42.59份

固化剂：    10.57-26.20份；

所述的环氧树脂只要能与一元脂肪胺和芳香二胺类固化剂共聚，形成具有各向异性结构的液晶环氧网络，并能提高环氧树脂体系的力学性能的刚性液晶环氧树脂都可；

所述的环氧树脂为联苯型液晶环氧树脂与双酚A型环氧树脂的混合物，其中，联苯型液晶环氧树脂的质量分数为33-100％；

所述的联苯型液晶环氧树脂为联苯二酚二缩水甘油醚；

所述的双酚A型环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-51；

所述的一元脂肪胺为一元正烷烃胺，化学通式为CH₃(CH₂)_nNH₂，n＝1-15；

所述的固化剂只要能与环氧树脂起化学反应，生成交联结构的都可；

所述的固化剂为芳香二胺类固化剂；

所述的芳香二胺类固化剂为4，4’-二氨基二苯甲烷、间苯二甲胺或4，4’-二氨基二苯醚中的一种；