[发明专利]一种改进形状记忆合金与聚合物材料之间界面结合的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于改进金属与聚合物材料之间界面结合的方法，特别涉及一种改进形状记忆合金与聚合物材料之间界面结合的方法。

背景技术

将形状记忆合金嵌入到聚合物材料中形成的复合材料是一类新型的智能材料。利用形状记忆合金的形状记忆回复特性作为驱动元件，可以实现加热条件下聚合物基体的形状改变；将预应变的形状记忆合金埋入聚合物基体中，可以有效地抑制聚合物板材的热屈曲，以及促进自修复聚合物的裂纹愈合；同时，形状记忆合金的高阻尼特性，也被用于降低噪音和控制振动。上述功能能否实现的一个关键问题是形状记忆合金与聚合物基体之间的界面结合；只有当界面结合强度足够高时，形状记忆合金动作产生的应变和应力，才能被有效地的传递到聚合物基体中，从而实现复合材料的结构完整性。

为了改进形状记忆合金与聚合物基体界面结合强度，常采用一些表面技术对形状记忆合金进行处理，其中包括：喷砂、化学腐蚀、聚合物涂覆、偶联剂处理以及等离子技术等。以上的处理方法可以使界面粘结强度有不同程度的提高。然而，实践表明建立了牢固的界面粘结后，材料的破坏往往发生在距界面很近的区域内。因此，存在一种同时提高形状记忆合金与聚合物基体界面粘结强度和界面层强度的需要。

发明内容

为了实现同时提高形状记忆合金与聚合物基体界面粘结强度和界面层强度的目的，本发明提出了利用功能化碳纳米管“桥联”形状记忆合金与聚合物基体界面的方法。

本发明提供的改进形状记忆合金与聚合物材料之间界面结合的方法，可提高形状记忆合金与聚合物基体之间的界面结合强度，包括如下步骤：在形状记忆合金表面包覆功能化碳纳米管，然后再将形状记忆合金嵌入到聚合物材料中。

本发明的形状记忆合金材料包括，但不限于，钛-镍基合金、铟-钛基合金、镍-铝基合金、铜基合金（如铜-镍合金、铜-铝合金、铜-锌合金以及铜-锡合金等）、铁基合金（如铁-铂合金和铁-钯合金等）等。

本发明待处理的形状记忆合金材料的形态包括，但不限于，线、箔、片、板、管、棒等。

本发明功能化碳纳米管包含反应性官能团，其中反应性官能团与聚合物材料相互作用。功能化碳纳米管表面的官能团根据聚合物基体进行选择，官能团包括但不限于，羧基、羟基、氨基等。

功能化碳纳米管可为含有至少一种反应性官能团（包括羟基、羧基、氨基等）。

本发明包覆功能化碳纳米管的方法包括，但不限于，电镀和电泳等。将功能化碳纳米管分散在电镀液或电泳溶液中，在直流电压的作用下，功能化碳纳米管随带电粒子在合金表面沉积，从而实现“植布”形貌。

电镀的镀液组成为：150~200g/L NiSO₄·7H₂O，5~10g/L NaCl，20~50g/L H₃BO₃，10~30g/L Na₂SO₄，20~50g/L MgSO₄，0.01~0.1g/L十二烷基硫酸钠，0.5~3g/L功能化碳纳米管。

电镀的镀液组成还可为：200~300g/L CuSO₄，50~100g/L H₂SO₄，1×10^-6~2×10^-6PDMA，0.5~3g/L功能化碳纳米管。

电镀参数：温度25℃，电流密度3~5A/dm²，时间3~6min。

本发明的聚合物材料包括，但不限于，聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、聚酯、酚醛树脂、硅树脂等以及它们的衍生物。

在形状记忆合金表面包覆功能化碳纳米管之前，先用混酸溶液对形状记忆合金表面进行清洗，以移除表面氧化层。

本发明方法将功能化碳纳米管“植布”于形状记忆合金表面，碳纳米管部分区域被固定在形状记忆合金表面，而其余部分表面的官能团与聚合物发生化学反应，从而实现形状记忆合金与聚合物之间的化学键连接，提高了两者的界面结合强度。同时，界面处随机分布的碳纳米管对界面层聚合物起增强作用，提高了界面层强度。

具体实施方式

实施例1