一种热固性形状记忆聚合物、复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及形状记忆材料，特别是涉及一种热固性形状记忆聚合物、复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在制造业中，模具是构件成型的重要工具，具有不可取代的重要地位。随着制造工程的技术变革，对复杂构件的设计与生产有着更高的要求，传统制造技术存在难以脱模、设计复杂、模具自重大的问题，难以实现具有变结构、变曲率、变截面等特点的复杂构件的生产，严重制约了复杂构件的发展。

2、形状记忆聚合物(smp)是一种新兴的智能材料，具有独特的形状记忆效应，能够在外界刺激下自动回复至其初始形状，具有广阔的应用前景。将smp的主动变形特性与复杂构件的制造相结合，制成形状记忆智能模具，将有望实现复杂构件的主动脱模，推动复杂构件的高效、快捷生产。

3、然而，在现有的智能可变形芯模领域中智能材料变形量有限，难以满足部分大型腔复杂构件对模具的变形量需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种热固性形状记忆聚合物、复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的热固性形状记忆聚合物具有优异的热稳定性和形状记忆性能，在较高温度下(200℃以上)仍能记忆初始形状，形状回复率和固定率可达99％。

2、本发明在第一方面提供了一种热固性形状记忆聚合物，所述热固性形状记忆聚合物由包含苯乙烯、丙烯酸酯类单体、自由基引发剂和聚乙二醇二丙烯酸酯的混合物经热固化得到。

3、优选地，以重量份数计，苯乙烯为20～90份，丙烯酸酯类单体为10～80份，自由基引发剂为0.5～3份，聚乙二醇二丙烯酸酯为0.5～10份。

4、优选地，所述丙烯酸酯类单体包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸十八酯中的一种或多种；

5、所述自由基引发剂包括但不限于偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化叔丁酰、过氧化二苯甲酰、偶氮二异庚腈中的一种或多种；和/或

6、聚乙二醇二丙烯酸酯的数均分子量为100～3000。

7、本发明在第二方面提供了一种热固性形状记忆复合材料，包括第一方面所述的热固性形状记忆聚合物和弹性纤维材料。

8、优选地，所述热固性形状记忆复合材料中所述弹性纤维材料的体积分数不大于30％。

9、优选地，所述弹性纤维材料为弹性纤维层、弹性纤维织物中的一种或多种；优选的是，所述弹性纤维材料中的弹性纤维选自氨纶纤维、锦纶纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚氨酯纤维中的一种或多种。

10、本发明在第三方面提供了一种第二方面所述的热固性形状记忆复合材料的制备方法，所述制备方法包括：

11、将苯乙烯、丙烯酸酯类单体、自由基引发剂、聚乙二醇二丙烯酸酯进行混匀，得到预混物；

12、将弹性纤维材料进行铺层后与所述预混物混合，经热固化，得到所述热固性形状记忆复合材料。

13、优选地，所述弹性纤维材料中弹性纤维的铺设角度为-180°～180°，优选为-45°～45°。

14、优选地，所述热固化的温度60～120℃，时间为7～24h。

15、本发明在第四方面提供了一种第二方面所述的热固性形状记忆复合材料的应用，用于智能芯模领域。

16、本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

17、本发明以苯乙烯和丙烯酸酯类单体为聚合单体，通过刚-柔耦合分子结构设计，对热固性形状记忆聚合物网络中分子链段进行灵活性调节，使热固性形状记忆聚合物具有形状记忆特性及大变形能力。聚合单体在自由基引发剂和交联剂的作用下聚合形成具有三维网状分子结构的热固性形状记忆聚合物。与热塑性或半互穿网络形状记忆聚合物相比，具有更好的热稳定性和形状记忆性能，在较高温度下(200℃以上)仍能记忆初始形状，形状回复率和固定率可达99％。

18、本发明通过将形状记忆聚合物基体与弹性纤维材料复合得到热固性形状记忆复合材料，其中，弹性纤维具有良好的随形能力，能够适应形状记忆聚合物基体的变形，在不限制形状记忆聚合物基体变形能力的前提下，可有效抑制形状记忆聚合物基体裂纹的扩展，提升复合材料的变形能力。本发明提供的热固性形状记忆复合材料具有变形温度下的高断裂延伸率、形状固定率和形状回复率，可满足大型腔复杂构件成型对芯模的要求。

1.一种热固性形状记忆聚合物，其特征在于，所述热固性形状记忆聚合物由包含苯乙烯、丙烯酸酯类单体、自由基引发剂和聚乙二醇二丙烯酸酯的混合物经热固化得到。

2.根据权利要求1所述的热固性形状记忆聚合物，其特征在于，以重量份数计，苯乙烯为20～90份，丙烯酸酯类单体为10～80份，自由基引发剂为0.5～3份，聚乙二醇二丙烯酸酯为0.5～10份。

3.根据权利要求1所述的热固性形状记忆聚合物，其特征在于，所述丙烯酸酯类单体包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸十八酯中的一种或多种；

4.一种热固性形状记忆复合材料，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的热固性形状记忆聚合物和弹性纤维材料。

5.根据权利要求4所述的热固性形状记忆复合材料，所述热固性形状记忆复合材料中所述弹性纤维材料的体积分数不大于30％。

6.根据权利要求4所述的热固性形状记忆复合材料，其特征在于，所述弹性纤维材料为弹性纤维层、弹性纤维织物中的一种或多种；优选的是，所述弹性纤维材料中的弹性纤维选自氨纶纤维、锦纶纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚氨酯纤维中的一种或多种。

7.一种权利要求4-6任一项所述的热固性形状记忆复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述弹性纤维材料中弹性纤维的铺设角度为-180°～180°，优选为-45°～45°。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热固化的温度为60～120℃，时间为7～24h。

10.一种权利要求4-6任一项所述的热固性形状记忆复合材料的应用，其特征在于，用于智能芯模领域。