形状记忆合金的性能研究

形状记忆性能通过形状固定率（R f）和形状回复率（R r）两个参数来进行评价。R f是代表聚合物保持临时形变能力的参数，R r是代表聚合物回复到固有形状能力的参数。它们通过以下公式计算得出：

式中，ε0为形变之前的原始应变，εL为在外力作用下达到的最大应变，ε1为撤掉外力后但未进入形状回复阶段的应变，εR为整个形状回复过程完成以后的应变。

图5-3　PFS/M的形状记忆性能：所有样品首先在65℃（T d）进行预形变，并冷却进行定形，定形温度0℃（T f），然后在不同的恢复温度（T r）进行形状回复

（a）25℃下进行形状回复，原始样品；（b）35℃，样品经过35 g·L-1M2溶液处理；（c）45℃，50 g·L-1；（d）65℃，100 g·L-1

表5-3　M2溶液处理对PFS/M性能的影响

aPFS/M原始样品；
bPFS/M经过M2溶液处理后添加的M2百分比，实验数据误差为±2%；
c形状回复温度；
d形状固定率通过公式（5-2）计算得出；
e形状回复率通过公式（5-3）计算得出。

经过M 2溶液处理后PFS/M样品的形状记忆性能如图5-4所示。样品首先在65℃和外力作用下发生10%左右的应变，然后以100℃/min的冷却速度骤冷到0℃以保持临时形变。由于原始样品和M2溶液处理样品的4个T g分别为16.8℃，29.2℃，43.0℃和52.7℃，0℃～65℃的温度范围内可以被这4个T g划分为5个区域。温度区域1为低于所有T g的区域，在这个区域内不能触发聚合物的形变。16.8℃～65℃为温度区域2～5的区域，于是在考虑到4个T g数值的同时在这4个温度区域内挑选4个形变回复温度（T r）。样品在0℃下保温10 min左右后，撤掉外力并继续保温10 min。0℃的保温过程结束后，原始样品和经过35 g·L-1，50 g·L-1和100 g·L-1M2溶液处理后的样品分别被加热到25℃，35℃，45℃和65℃。如图5-4所示，所以样品都显示出优异的形状性能，原始样品的R f达到97.7%，R r达到95.8%；经35 g·L-1M2溶液处理后的样品，R f达到97.2%，R r达到98.4%；经50 g·L-1M 2溶液处理后的样品，R f达到100%，R r达到97.2%；经100 g·L-1M 2溶液处理后的样品，R f达到99.1%，R r达到96.2%。从形状记忆的结果可得知，当PFS/M的分子链从冷却状态下被加热舒展时，PFS/M中的DA交流点为其形状回复提供了足够的回复力。(www.xing528.com)

图5-4　PFS/M多形状记忆行为示意图

在多形状记忆效应实验中，由于PFS/M样品的A，B，C和D区域的T g都不一样，这4个区域从临时形变回复到固有形状的温度是不一样的。样品的4个区域首先在65℃和外力作用下发生临时形变，在外力仍然保持作用的条件下将样品浸没入0℃的冰水中，并保持1 min左右。然后撤掉外力，并将样品在热台上依次加热到25℃，35℃，45℃和65℃以触发样品不同区域的形变。

从图5-4中可以看到，PFS/M样品的不同区域按照D，C，B和A的顺序，在不同温度下依次回复了原来状态。这个形状回复的过程包括了4个不同临时形状和一个固有形状。在25℃时，样品从临时形状1回复到临时形状2耗时不到10 min；在35℃时，从临时形状2回复到临时形状3耗时不到10 min；在45℃时，从临时形状3回复到临时形状4耗时不到5 min；最后在65℃条件下，从临时形状4回复到固有形状耗时不到30 s。

推测除了图5-4中的这种回复路线之外，从临时形变1到固有形状可以遵循多种不同的回复路线，包括4种不同的临时形变和固有形状。这种多样并具有可选择性的回复路线为聚合物的形状回复提供了更多的选择和可能，聚合物可以根据实际需要选择回复路线。

图5-5　多形状记忆回复路径示意图

当PFS/M的A，B，C，D区域同时被触发回复到固有形状时，它们的形状回复速度是不同的。在形状回复实验中，样品各个区域首先在65℃和外力作用下发生临时形变，在外力仍然保持作用的条件下将样品浸没入0℃的冰水中，并保持1 min左右。然后撤掉外力，并将样品在热台上加热到65℃，触发4个区域同时回复到固有形状。也就是说样品从临时形变1直接回复到固有形状。从图5-6中可以看到，不同的区域表现出明显不同的形状回复速度，D区域的形状回复速度最快，C区域其次；B区域又较C区域要慢一些，而A区域表现出最慢的形状回复速度。明显不同的形状回复速度是由于不同区域中交联度明显不同造成的，高的交联度导致分子运动性降低，在形状回复过程中分子相互缠结导致回复速度变慢。

图5-6　样品不同区域展现出不同的恢复速度，回复温度65℃