综述SMPU材料形状记忆能力影响因素与分类(5)

　　目前SMPU应用于纺织领域主要是利用其透湿性随外界温度改变而改变这一特点，制备防水透湿的智能织物[48].将SMPU的玻璃化转变温度设置在接近人体温度附近时，可大大改善织物的穿着舒适性，并起到很好的防风防水作用[49].当温度低于聚氨酯的玻璃化转变温度时，聚氨酯分子链冻结，大分子的微布朗运动受到限制，分子间的间隔无法使空气和水自由通过，所以低温下具有较低的透湿、透气性，能够起到保温的作用。当温度高于聚氨酯的玻璃化转变温度时，分子链能够自由进行布朗运动，分子间隔变大，水蒸气可以轻易透过聚氨酯膜，但此时分子间距离变大产生的孔隙又不足以使水滴透过，故织物透气性好且具有防水性[48].
　　
　　目前已报告和开发的SMPU虽然在一定程度上满足智能纺织的要求，但是仍然存在临界记忆温度还不够精确、透湿效果不够好等问题。因此，通过聚氨酯本身的结构设计或者与其他材料复合，制备具有精准记忆温度和可控响应速度的形状记忆聚氨酯，将成为今后研究的重点[50].
　　
　　4.3航空航天器械。
　　
　　在飞行器研究和制造领域，根据飞行器的飞行环境有目的地改变机翼的翼展和机翼面积能够有效增加机翼的效率，于是科研工作者寻求制备机翼面积可以在50%~150%间变化的变形机翼[51].SMPU可以作为变形机翼的蒙皮，改变机翼气动面积，使飞机在不同飞行任务中都能保持最佳的飞行状态。SMPU制成的自展开结构合页用于飞船太阳板上，质量轻且安装简单，可用于外层空间航天器上代替传统的记忆合金（SMA）材料。
　　
　　自1999年开始，美国喷气推进实验室以日本三菱重工的形状记忆聚氨酯为结构原型，研究了具有冷眠弹性记忆能力的自展开结构，这种结构的SMPU可以用于制造飞行器天线、太阳能帆板、软着陆垫等[52].这种结构特性的材料质量轻、体积小，在地面组装时处于冷眠状态，到达外太空后利用太阳能加热展开到设定形态，是新一代航天结构研究的热点。
　　
　　SMPU在航空、航天领域还可以用来制造紧固销钉、连接头等零件，装配时使材料发生形变并冷却固定形变，完成装配后对零件进行加热，由于聚氨酯的形状记忆效应，组装件可以达到一次成型的形状和性能。
　　
　　4.4其他领域。
　　
　　SMPU除了上述应用领域以外，还可以用作建筑填充材料、汽车防撞修补材料等[2-3].利用SMPU储能模量在记忆温度附近突变的特点，制造阻尼性能良好的缓冲鞋底和阻尼涂料；利用SMPU在记忆温度附近膨胀系数突变的特点，制造敏感器械，正常情况下敏感连接器件处于连通状态，当受到外界刺激时，聚氨酯回复到初始形状（断开状态），如火灾报警器等。
　　
　　5 SMPU网络结构化设计思路。
　　
　　目前SMPU研究集中在通过改变PU材料的组分、调整分子链段结构、控制分子量，以及加入有机、无机填料等方式，制备具有更广泛用途的SMPU.为了提高SMPU的驱动性能并改善其应用性，需要考虑对SMPU进行网络结构化设计[53].
　　
　　5.1基于互穿网络结构的SMPU设计。
　　
　　互穿聚合物网络（IPN）是由两种或两种以上的聚合物通过网络的互相贯穿缠结而形成的一类独特的聚合物共混物[54].与共混相比，IPN具有更强的界面作用，能够体现两组分的协同效应。通过简单调节不同网络之间的比例或交联密度，可以方便地控制材料的力学性能和形状记忆性能。具有IPN结构的SMPU材料，其玻璃态模量和橡胶态模量比值大大增加，可以提高SMPU的形状固定率和形状回复率。调节IPN结构材料不同组分的相容性，可以得到具有多个形状记忆转变温度的SMPU.
　　
　　5.2基于AB型网络结构SMPU设计。
　　
　　AB型是指由A型分子链段和B型分子链段按一定比例，通过化学键连接形成的高分子网络，其链段的大小由两种分子链控制，交联密度和链段长短分别独立[55].基于AB型网络结构设计制备的SMPU,能够展现出三形甚至四形形状记忆功能，通过调整A、B两种分子链的比例和链长，可以调节SMPU的转变温度和力学性能。与IPN结构相比，AB型网络链段在加热时分子链能够实现更快的远程运动，具有更快的回复速度。
　　
　　5.3基于规整网络结构SMPU设计。
　　
　　聚合物形状记忆行为的内在机制是在低于和高于Ttrans时链段远程运动的冻结和激活。因此，构建具有可调链-链关系的规整分布的SMPU可以实现在Ttrans以下链段运动的完全冻结，抑制分子链的再次蜷曲和在Ttrans以上完全激活分子链重新蜷曲[53].具有规整网络结构的SMPU降低了分子链之间过多的相互作用，聚合物网络能够一致地响应热刺激，分子链远程运动在Ttrans上下能够更有效地冻结和激活，从而得到形状性能优异的SMPU.
　　
　　6展望。
　　
　　目前SMPU的研究热点有两个：一是多形状记忆效应的聚氨酯，二是双向记忆和可控形状记忆的聚氨酯。未来SMPU发展方向有以下3个方面：（1）对聚氨酯的形状记忆机理作进一步的研究，深入研究聚氨酯结构和形状记忆效应之间的构效关系；（2）进一步提高SMPU驱动性能并改善其应用性，制备具有精确形状回复温度和理想形状记忆精度的聚氨酯材料；（3）改善聚氨酯材料的加工、成型性能，优化其制备工艺，为其工业化生产打下基础。