一種形狀記憶高分子聚合物及其製備方法和用途與流程

2023-10-06 19:29:34

本發明涉及高分子材料技術領域，具體涉及一種形狀記憶高分子聚合物及其製備方法和用途。

背景技術：

20世紀80年代中期人們提出了智能材料(smartmaterials或者intelligentmaterialsystem)的概念：智能材料是模仿生命系統，能感知環境變化並能實時地改變自身的一種或多種性能參數，作出所期望的、能與變化後的環境相適應的複合材料或材料的複合。智能材料是一種集材料與結構、智能處理、執行系統、控制系統和傳感系統於一體的複雜的材料體系。它的設計與合成幾乎橫跨所有的高技術學科領域。形狀記憶材料即是一種研究較廣泛的智能材料，它具有一些奇異的性能，如形狀記憶效應，偽彈性，高阻尼等，在受熱、機械、磁或電刺激後，能產生動作或某些規定的響應，使其恢復到原來的形狀或技術參數，如形狀、位置、應變、固有頻率、剛度、阻尼、摩擦，以及其他靜態動態特性，具有巨大的科學意義和重要的工程意義，是新材料研究熱點之一。

常規的樹脂基複合材料主要考慮材料的強度、剛度等靜態或準靜態的力學承載性能，主要用於結構材料。而形狀記憶複合材料主要考慮材料的驅動、大變形(有限變形)等動態的力學驅動性能，具有比常規樹脂基複合材料高得多的可回復應變(最高可達100％數量級)。相對於常規的樹脂基複合材料，形狀記憶複合材料是革命性的創新。形狀記憶複合材料彈性模量大、強度較高，變形回復力較大，運動穩定性和可靠性較高，物理形狀保持能力較好。

輪胎是在各種車輛或機械上裝配的接地滾動的圓環形彈性橡膠製品。通常安裝在金屬輪輞上，能支承車身，緩衝外界衝擊，實現與路面的接觸並保證車輛的行駛性能。輪胎常在複雜和苛刻的條件下使用，它在行駛時承受著各種變形、負荷、力以及高低溫作用，因此必須具有較高的承載性能、牽引性能、緩衝性能。同時，還要求具備高耐磨性和耐屈撓性，以及低的滾動阻力與生熱性。現有的輪胎在使用時存在扎胎、穿刺、爆裂的風險，正常行駛的汽車輪胎在遇到鐵釘扎胎、尖銳物穿刺、爆裂等狀況，很容易導致汽車無法正常行駛，現實生活中大多數情況都會造成更嚴重的交通事故，直至危及乘車人姓命。

現有技術中針對高分子聚合物應用於輪胎中的技術較少，且未存在用於輪胎中，有效提高輪胎使用安全性和使用壽命的技術方案。由此可見，能否基於現有技術中的不足，提供一種新型的形狀記憶高分子聚合物，使其有效應用與輪胎的內側並與輪胎內側橡膠結構層完全附著粘合，使輪胎在發生穿刺和裂口問題時，該形狀記憶高分子聚合物能夠迅速恢復原形態，從而堵住破裂口，阻止輪胎因破裂而漏氣或爆胎，對行車時輪胎安全起到了極大的改善效果，成為本領域技術人員亟待解決的技術難題。

技術實現要素：

本發明為了解決上述技術問題，提供形狀記憶高分子聚合物，使其具有原料配方合理，使用方便，僅需將該形狀記憶高分子聚合物直接噴塗於輪胎內側，從而對輪胎起來防護的作用，在輪胎發生扎胎或破裂時，附著在輪胎內側的形狀記憶高分子聚合物能迅速恢復原來形態，堵住破裂口，阻止輪胎破裂口漏氣，並明顯的減少側面爆胎的可能性，對行車時輪胎安全起到了極大的改善效果。

為了達到上述技術效果，本發明包括以下技術方案：

一種形狀記憶高分子聚合物，包括以下重量份數的原料組分：50～150份的天然橡膠、5～40份的聚氨酯樹脂、5～30份的醋酸乙酯、0.5～25份的二甲苯樹脂、2～15份的抗氧劑、0.5～10份的防老劑d、1～15份的二氧化矽和1～35份的丙烯酸丁脂。

進一步的，包括以下重量份數的原料組分：80～120份的天然橡膠、10～2份的聚氨酯樹脂、10～15份的醋酸乙酯、1～5份的二甲苯樹脂、5～10份的抗氧劑、1～5份的防老劑d、5～8份的二氧化矽和8～15份的丙烯酸丁脂。

進一步的，還包括重量份數為1～5份的著色劑；

所述二氧化矽為聚矽氧烷改性二氧化矽納米球。

進一步的，還包括以下重量份數的原料組分：5～30份的苯乙烯、2～20份的乙烯基化合物、0.5～5份引發劑、0.1～4份交聯劑和0.01～60份的改性聚合物。

進一步的，所述乙烯基化合物為乙酸乙烯酯、乙烯、丁烯、丙烯、氯乙烯、偏氟乙烯、氟乙烯、乙烯基醚、乙烯基咔唑、乙烯基吡咯烷酮、乙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸正癸酸、丙烯酸月桂酸酯、丙烯酸正十四酯、丙烯酸正十六酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-β-羥乙酯、丙烯酸-β-羥丙酯、丙烯酸環乙氧基酯、丙烯酸縮水幹油酯、丙烯酸-β-乙氧基乙酯、丙烯酸二乙基氨基乙酯、月桂酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯或丙烯酸乙酯中的一種或幾種；

所述引發劑為叔丁基過氧化物、叔丁基氫過氧化物、過氧化二苯甲醯、偶氮二異丁腈、三氟化硼、三氟化硼二乙基醚合物、三氟化銘或氯化錫中的一種或幾種；

所述交聯劑為甲基丙烯酸乙二醇酯、二烯丙基二甘醇碳酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯、辛二酸二烯丙酯、二甘醇二丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二乙烯基醚、二乙烯基二醇、癸二酸二乙烯基酯、甘油三甲基丙烯酸酯、1，5-己二烯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯、n，n′-亞甲基雙甲基丙烯醯胺、四丙烯酸季戊四醇酯、三丙烯酸季戊四醇酯、季戊四醇三烯丙基醚、1，5-戊二醇二甲基丙烯酸酯、四甘醇二甲基丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、三甘醇二甲基丙烯酸酯或三甘醇二乙烯基醚中的一種或幾種；

所述改性聚合物為平均分子量為5000～10000的聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯的共聚物、聚乙烯或聚丙烯中的一種；

所述形狀記憶聚合物是熱塑性形狀記憶聚合物中的一種或者至少兩種的組合，或者熱固性形狀記憶聚合物中的一種或者至少兩種的組合，或者至少一種熱塑性形狀記憶聚合物與至少一種熱固性形狀記憶聚合物的組合；所述熱塑性形狀記憶聚合物包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚異戊二烯、橡膠、聚氨酯、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮、聚碸、聚醚醯亞胺、熱塑性聚醯亞胺、聚碳酸酯、聚醯胺或聚醚碸；所述熱固性形狀記憶聚合物包括：環氧樹脂、雙馬來醯亞胺、熱固性聚醯亞胺、酚醛樹脂、氰酸酯樹脂、不飽和聚酯或丙烯酸樹脂。

一種上述形狀記憶高分子聚合物的製備方法，包括以下步驟：

步驟一：製備基礎材料：取天然橡膠、聚氨酯樹脂在200～250℃下混煉，製得基礎材料；

步驟二：製備形狀記憶高分子聚合物：向所述基礎材料中加入醋酸乙酯、二甲苯樹脂、抗氧劑、防老劑d、二氧化矽和丙烯酸丁脂，加熱至80～150℃，保溫3～7h，冷卻至室溫，得到形狀記憶高分子聚合物。

進一步的，還包括以下步驟：所述步驟二中，基礎材料中還加入有著色劑。

進一步的，還包括以下步驟：

所述步驟一為：取天然橡膠、聚氨酯樹脂和改性聚合物在200～250℃下混煉，製得基礎材料；

所述步驟二中，取苯乙烯、乙烯基化合物、引發劑和交聯劑混合併進行攪拌直至引發劑完全溶解得到混合物，將混合物加入所述基礎材料中。