在智能塑料中,除前面介绍过的压电塑料、智能凝胶,形状记忆塑料外,还有许多品种,这里再举例介绍几种。
1.智能型高分子复合材料
它是指由智能性增强材料(如碳纤维、金属纤维)与树脂组成的具有智能功能的复合材料。可用作应变、裂纹、温度、热电等敏感材料,制作各类传感器。现举例简介如下:
(1)应变传感器 如碳纤维增强塑料承受拉力后纤维平行方向受拉伸,纤维间接触概率增加,电阻率下降,而垂直方向则电阻率增加,电阻率变化值与应变程度有响应关系,读测电阻率即可传感应变大小,卸除拉力后,则发生可逆应变,回复原状。
(2)裂纹传感器 当材料发生破裂产生裂纹时,纤维发生断裂或排列混乱导致纵横向电阻率下降,如发生较大破坏或分层界面破坏,则会发生横向电阻增大,纵向电阻不可逆升高;如当发生疲劳裂纹时(通常在疲劳寿命30%时出现,50%时纤维断裂),界面上接触电阻率也会升高。因此,可通过测量电阻变化情况自诊断材料损伤情况,广泛用于大型构件,如飞机、桥梁的损伤检测。
(3)温度传感器 利用连续碳纤维或导热、导电性增强材料可与树脂组成具有热敏电阻或热电偶功能的塑料。如利用具有正温度系数的热敏电阻纤维(如碳纤维)作增强材料,当温度升高时其电阻率也会增加,直至临界温度值时材料变成非导电体或半导体。其临界温度值、电阻率及温度变化的关系,可通过改变配方进行调节至一定范围内,由可作自限温度加热器、过电流保护元件、温控元件、温度传感器等。
如果在不同层中插入n型或p型的碳纤维,则组成有热电偶功能的材料,如果交叉铺层还可形成二维的热敏电阻或热电偶材料,其热电偶的敏感性可与金属热电偶媲美,用于测试温度变化。此外,还可埋入光纤,用于探测损伤;还可埋入微囊,当材料破坏时自行破裂,发出光点,便于确定破坏点。
(4)自修复材料 这种材料由填充修复树脂(液态)、固化剂(或交联剂等)的中空纤维或微胶囊与树脂组成,当材料受冲击破裂时,纤维或胶囊中的树脂和固化剂会破裂而出渗入于被冲破的塑料层中进行修补和增强,达到自修复的效果。但这种塑料目前还处于研发完善阶段,尚未进行商业化生产。(www.xing528.com)
2.智能高分子聚合物微球、膜和纤维
它是指用智能高聚物制作的微球、薄膜及纤维,可用于不同的用途。
(1)微球它一般是纳米级或毫米级的空心球,可分为两种形式。一种是外皮为智能化高聚物,其内心为空心的或包覆释放物;另一种外层为普通材料内心注入智能化高聚物。它们各有不同的用途,以作可控释药物载体为例,在智能化高聚物壳内存放解毒剂、酶或其他药物,当微球感知外界pH值或离子强度等刺激因素变化时改善渗透性,即可控制释放药物。
这类制品在电磁流变液、生物医用高分子、分子识别及分子印迹聚合物、化学反应、电磁屏蔽、吸附材料等方面均有广泛的应用。
(2)薄膜 用智能化聚合物可制作智能化渗透膜、传感膜、自分子组装膜、LB膜等。不同的智能化材料可产生对pH值、光、电、温度等各种外界因素变化的感知和响应的特性,可用于制作人工皮肤、人工视网膜、人工鼻(舌)、分子筛、分子电子器件、传感器、非电子光学器件和智能化扩散分离膜等。
(3)纤维 用智能塑料制作纤维或将其涂覆于织物上,都可得到智能化纤维,可感知外部环境中光、热、电场、温度、磁场等的变化并作出相应的反应。其品种很多,如pH响应凝胶纤维、光敏纤维、温敏纤维、光纤传感器纤维、形状记忆纤维、变色纤维、蓄热调温纤维、调温(湿)纤维等都已工业化生产,广泛用于纺织、信息、宇航、医药、医疗、化工、分析、生化等行业。
除上述品种外,按不同行业还有许多不同专业的智能塑料,如生物工程用修补神经细胞的导电性聚吡咯、肿瘤造影检查用的N-乙烯基咔唑/2、4、7-三硝基-9-芴酮混合物、光照和温度致变色的智能型液晶高聚物等。限于篇幅,这里不再一一介绍。
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