[发明专利]具有剪切增稠性能的弹性形状记忆材料及其制备方法和用途

说明书

本发明属于智能材料制造及应用领域，涉及一种具有剪切增稠性能的弹性形状记忆材料及其制备方法和用途。其成分包含10‑95重量份的弹性形状记忆聚合物材料和5‑90重量份的剪切增稠材料；弹性形状记忆聚合物材料与剪切增稠材料通过共混或复合方式结合为一个整体；所述弹性形状记忆聚合物材料能够使结合后的材料具备弹性及热驱动形状记忆特性；所述剪切增稠材料能够使结合后的材料具备剪切增稠特性。本发明通过将剪切增稠材料与形状记忆聚合物材料结合，使材料可以通过加温变形而适应不同的结构形状，提高了其适用范围，同时也可以提供优异的防冲击、抗碰撞性能。

技术领域

本发明属于智能材料制造及应用领域，涉及一种具有剪切增稠性能的弹性形状记忆材料及其制备方法和用途。

背景技术

剪切增稠，也被称为流胀性，是指材料的体系粘度随着剪切速率或剪切应力的增加而增加的非牛顿流体行为。剪切增稠材料，指具有剪切增稠性质的材料。此种材料在缓慢的应力加载中，表现出非常松弛柔软的状态，极易变形。但是当遭到瞬间剧烈的外力加载时，材料的分子间立刻互相锁定，硬度增加从而提高了其抵抗瞬时外力的能力。目前市场上很典型的剪切增稠材料为D3O材料，是由英国工程师查德·帕尔默发明的，静止状态下是类似于橡皮泥的固体，可随意变形，但是一旦受到瞬间冲击（拉伸、压缩、剪切等不同的外力均可），D30可迅速收紧变硬从而消化外力，形成一层防护层。当外力消失后，材料会恢复到它最初的松弛柔软状态。其主要的应用方向是为人体（体育、军用、警用等）提供抗冲击碰撞的保护措施，从而减少受伤的可能性或者降低受伤的严重性。

形状记忆聚合物作为一类智能材料，具有在一定外界刺激的作用下从临时形状回复到其原始形状的功能。这种外界刺激包括热、光、电、磁、溶剂等，其中以热致形状记忆聚合物的研究和应用最为广泛。使热致形状记忆聚合物回复初始形状的刺激为热，即温度。一般来讲，在热致形状记忆性的制备过程中，一般是首先把聚合物加热到其可逆相的转变温度（T_trans）以上使材料软化，并施加外力使其变形；然后维持外力作用下冷却至转变温度T_trans以下（通常为室温），在撤去外力后变形仍然维持，此时的形状称为临时形状。当温度再次升高到T_trans以上，材料又回复到原始形状。注意到，在固定临时形状的时候，一般需要升高到可逆相转变温度T_trans以上施加外力使其变形。

目前，剪切增稠材料虽然已经被成熟的应用于人体防撞防冲击的市场，但是其问题依然存在。最典型的就是英国的D3O和我国西安理工大学李峰教授及其科研团队研制的P4U材料。两种材料极为类似，其静止状态下极为柔软松弛，极易被变形，故无法固定住形状贴合，比如人体的形状。但是如果剪切增稠材料可以与弹性形状记忆材料相结合，从而具有固定住临时形状的能力，其贴合性将会更优秀，穿戴舒适度也会上升。更重要的是，通过加热或其他激励方式（比如光照），其可以回复到初始的形状，从而提供了反复穿戴，甚至不同个体之间的形状匹配的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种剪切增稠性能的热驱动形状记忆材料，使其在具备剪切增稠性能的同时，具有较好的弹性，并具有形状记忆性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的具有剪切增稠性能的弹性形状记忆材料，其成分包含10-95重量份的弹性形状记忆聚合物材料和5-90重量份的剪切增稠材料；弹性形状记忆聚合物材料与剪切增稠材料通过共混或复合方式结合为一个整体；所述弹性形状记忆聚合物材料能够使结合后的材料具备弹性及热驱动形状记忆特性；所述剪切增稠材料能够使结合后的材料具备剪切增稠特性。

所述共混方式包括高温熔融共混、溶液共混再挥发及溶液渗透再挥发等方式。