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可轻松控制的材料:形状记忆塑料

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经过注塑或挤出工艺后,科思创的创新形状记忆塑料(SMP)能稳定在不同的形状,然后按指令恢复原状。这种智能材料的秘诀在于其网络结构,它让无数应用获得了改善。

形状记忆材料(SMM)是超弹性响应材料,具有暂时变形的能力,然后根据特定触发条件恢复为原状。这些触发刺激可包括温度、光、酸碱度、磁场或化学物质。虽然听起来很有未来感,但SMM实际上已经出现一段时间,并在无数领域依然具有很大的创新潜力。
SMM的神奇世界

从“飞橡胶”(或飞天法宝)的俏皮弹跳到“终结者2”中令人恐怖的液态金属机器人,流行文化一直偏爱变形材料。但早在20世纪30年代,现实世界就首次开发出具有一定“自我意识”的材料。这些物质称为形状记忆合金(SMA),也称为智能金属甚至肌肉线。它们包括镍钛(“镍钛合金”)等合金。超弹性SMA用于汽车工业、机器人和其他应用的轻型执行器和气动阀。

随着聚氨酯的发现和聚合物研究的进步,智能材料的范围已经扩大到包括各种聚合物。形状记忆塑料(SMP)有时被称为“带大脑的塑料”,它具备的一些特性使其比SMA更具吸引力。此类材料具有极高的弹性变形能力,成本极低、密度小,应用可调温度范围广。其他优点还包括易于加工、具备生物相容性潜力,以及某些聚氨酯品级和其他组分的固有生物降解性。

虽然具体性质不同,但SMA和SMP都依靠决定其结构的类似原理:两种不同的材料以化学方式键合,但又保持“相分离”,与油和水非常类似。虽然没有达到可见程度的分离,但两种材料分开的程度足以形成硬和软链段(也称为嵌段共聚物)的结构化网络。较软部分的作用是临时变形,而较硬部分支持材料恢复原状。

凭借这一基本原理以及特定的聚合物专业技术,科思创科学家推出一种具有很大应用前景的智能新型热塑性聚氨酯(TPU)。
推出Desmopan® 2795A SMP——具有清晰记忆的热塑性聚氨酯成型材料

Desmopan® 2795A SMP是一种由专利工艺合成的形状记忆塑料(SMP)。聚酯热塑性聚氨酯经注塑或挤出工艺制造组件,然后可以通过热机械处理将其暂时稳定在另一种形状中。然而,尽管有这种变形能力,但材料依然保留原始的永久形状。加热到大约40℃的“转换温度”(或科学上更正确说法“多元醇相变温度”)以上,热塑性聚氨酯几乎能完全恢复。聚合物就这样“记住”其原始形状。

这种热塑性聚氨酯是与柏林BAM联邦材料研究和测试研究所密切合作开发的成果,在该研究所,我们研究了长期使用的机械性能、老化性能和“形状记忆性能”。该材料室温条件下的平均硬度约为邵氏A 92,在60°C时为邵氏A 72,因此在这些温度下,硬度差异明显大于传统热塑性聚氨酯。此外,它还具有热塑性聚氨酯的所有相同优点:耐磨、弹性好,并且宽温度范围内保持柔软。它还能耐受许多化学物质。Desmopan® 2795A SMP甚至可用于食品接触应用。

Desmopan的新品级适合重复使用。它可以稳定地重新熔化而不会劣化,并在进一步应用中进行再加工。

我们可以想象在机械工程和汽车、纺织、运动和休闲行业、玩具制造和航空航天工程等领域的应用。

Jürgen Hättig

科思创热塑性聚氨酯应用开发主管

前景光明的应用想法:现场应用和未使用的Desmopan® 2795A SMP

我们已经与BAM合作,为新型SMP开发出两个具体应用:自立式花园隧道和防篡改二维码标签。

第一个潜在应用是用Desmopan® 2795A SMP制作花园拱道,用来延长花卉和蔬菜的生长季节。这些便携式结构包括支撑拱和结构顶,许多园丁使用轻质塑料管和薄膜制造这些结构。建设这些小型温室需要大量劳动。但如果这些拱结构采用Desmopan® 2795A SMP通过注塑和挤出工艺制造,则可以暂时稳定在扁平形状并与透明薄膜连接。然后将这些薄膜在种植场上铺开,经过加热后,拱形结构恢复其永久形状。成果:基本上用户可以高效搭建任何规模的自立式花园拱道。

实施的第二个应用是使用形状记忆热塑性聚氨酯制作二维码标签。对热塑性聚氨酯标签进行二维码染色和雕刻后,标签会暂时变形,使其无法读取。只有将其加热并恢复原状后,才能使用扫描装置(例如智能手机)读取标签。这些智能热塑性聚氨酯标签非常适合防篡改打标和按需标识货物。我们甚至可以对工艺稍加改动,让热塑性聚氨酯标签中的符号、徽标等暂时不可见,以增强保护性能。
形状记忆热塑性聚氨酯的现代和未来应用

目前,我们可以为这种新兴技术构想大量应用机会。应用前景非常光明。科思创热塑性聚氨酯应用开发主管Jürgen Hättig解释说:“我们可以想象在机械工程和汽车、纺织、运动和休闲行业、玩具制造和航空航天工程等领域的应用。”形状记忆塑料具有广泛的应用潜力,可用于人造肌肉、铰链、太阳帆、自开式和自闭式包装、可重复打印的盲文标志,或褶皱自平纺织品。在未来,新材料组合和高度可调聚合物肯定会开辟出更多应用选择。

是否想深入了解Desmopan® 2795A SMP,或申请应用支持或样品?我们期待您的垂询。

关键优势

  • 绝佳的弹性 
  • 易于加工 
  • 耐化学品和耐磨 
  • 适合重复使用/回收 

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