一种可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料及其制备方法和应用，属于光电极材料技术领域。本发明专利技术通过亲核取代形成三维环状热固性交联网络，再进行热亚胺化，使得低分子量的氨基封端聚酰亚胺具有与高分子量相当的机械强度与韧性，采用低分子量的热塑性聚酰亚胺与多聚甲醛结合经过环化后能够获得较高的机械性能，通过纯基体层与含有GO的复合层进行堆叠，使得双层复合材料获得了两个损耗因子峰以及较宽的转变温度范围，因此能够进行三段形状记忆变形，使本发明专利技术制得的双层梯度复合材料能够在具有优异机械性能、高玻璃化转变温度的前提下实现三段形状记忆变形，有利于其在复杂工况条件下的应用。有利于其在复杂工况条件下的应用。有利于其在复杂工况条件下的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光电极材料
，尤其涉及一种可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]众所周知，合成单体、分子量以及交联度都对高分子材料的各项性能有着决定性的作用，通过对以上影响因素的调控可以实现所需要某一甚至多方面的性能增强。以聚酰亚胺为例，二胺和二酐单体不同，合成的聚酰亚胺玻璃化转变温度以及形状记忆性能也就会产生很大的差异；交联度的影响通常表现在热固性和热塑性聚酰亚胺的对比之中，往往具有高化学交联程度的热固性聚酰亚胺会具有更高的机械性能以及更为优异的形状回复效果；分子量一般也会对聚酰亚胺的机械性能以及再加工性能产生较大影响，分子量越高材料的拉伸强度往往会越大直至临界值后保持稳定，而分子量太低其强度和韧性就会极差甚至难以成膜，目前常见聚酰亚胺分子量基本上都在几万甚至几十万不等，而高相对分子质量材料难以溶解、不易再加工等缺陷在一定程度上可能造成资源浪费或环境污染等问题，这与当今世界发展强调绿色科学的要求相悖，所以如何设计在相对分子量较低的情况下又能具有高机械性能的耐形状记忆材料这一难题迫切需要得到解决。
[0003]中国专利CN108794752A公开了一种热固性聚酰亚胺及其在实现复杂3D结构方面的应用，该材料具有良好的修复性能、可焊接以及可回收特性，但是不具有多段形状记忆行为，不能应用于复杂工况。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料及其制备方法和应用。本专利技术制得的双层梯度聚酰亚胺复合材料具有三段形状记忆功能。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将4,4
’‑
二氨基二苯醚、双酚A二酐和有机非质子溶剂混合进行亲核取代反应，得到聚酰胺酸溶液；
[0008]将所述聚酰胺酸溶液与甲苯混合进行热亚胺化，得到聚酰亚胺；
[0009]将所述聚酰亚胺、多聚甲醛和有机非质子溶剂混合进行第一超支化反应，得到超支化产物；
[0010]将所述超支化产物进行第一固化，得到PI
‑
HDCN薄膜；
[0011]将所述聚酰亚胺、多聚甲醛、氧化石墨烯分散液和有机非质子溶剂混合进行第二超支化反应，得到含有GO的超支化聚酰亚胺复合材料；
[0012]将所述含有GO的超支化聚酰亚胺复合材料涂覆在所述PI
‑
HDCN薄膜的表面后，依次进行第二固化和环化，得到所述可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料。
[0013]优选地，所述含有GO的超支化聚酰亚胺中GO的质量百分数为1～5％。
[0014]优选地，所述第一超支化反应和第二超支化反应的温度独立地为50～60℃，时间独立地为0.5～1h。
[0015]优选地，所述第一固化和第二固化的温度独立地为80～90℃，时间独立地为0.5～5h。
[0016]优选地，所述环化包括以下过程：升温至100～120℃保温1～2h，然后升温至140～160℃保温1～2h，继续升温至200～220℃保温1～2h，再升温至240～260℃保温1～2h，最后升温至280～300℃保温1～2h。
[0017]优选地，所述环化包括以下过程：升温至120℃保温1h，然后升温至150℃保温1h，继续升温至200℃保温1h，再升温至250℃保温1h，最后升温至280℃保温1h。
[0018]优选地，所述热亚胺化的温度为210～240℃，时间为5～6h。
[0019]优选地，所述4,4
’‑
二氨基二苯醚与双酚A二酐的摩尔比为1：0.92～1.02：0.91。
[0020]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述的可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料在形状记忆变形中的应用。
[0022]本专利技术提供了一种可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：将4,4
’‑
二氨基二苯醚、双酚A二酐和有机非质子溶剂混合进行亲核取代反应，得到聚酰胺酸溶液；将所述聚酰胺酸溶液与甲苯混合进行热亚胺化，得到聚酰亚胺；将所述聚酰亚胺、多聚甲醛和有机非质子溶剂混合进行第一超支化反应，得到超支化产物；将所述超支化产物进行第一固化，得到PI
‑
HDCN薄膜(PI
‑
PHT前驱体)；将所述聚酰亚胺、多聚甲醛、氧化石墨烯分散液和有机非质子溶剂混合进行第二超支化反应，得到含有GO的超支化聚酰亚胺复合材料；将所述含有GO的超支化聚酰亚胺复合材料涂覆在所述PI
‑
HDCN薄膜的表面后，依次进行第二固化和环化，得到所述可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料(PI
‑
PHT)。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0024]本专利技术通过亲核取代形成三维环状热固性交联网络，再进行热亚胺化，使得低分子量的氨基封端聚酰亚胺具有与高分子量相当的机械强度与韧性，采用低分子量的热塑性聚酰亚胺与多聚甲醛结合经过环化后能够获得较高的机械性能，通过纯基体层与含有GO的复合层进行堆叠，使得双层复合材料获得了两个损耗因子峰以及较宽的转变温度范围，因此能够进行三段形状记忆变形，使本专利技术制得的双层梯度复合材料能够在具有优异机械性能、高玻璃化转变温度的前提下实现三段形状记忆变形，有利于其在复杂工况条件下的应用。
附图说明
[0025]图1为本专利技术制备聚酰亚胺的反应原理图；
[0026]图2为第一固化和环化的反应原理图；
[0027]图3为实施例和比较例制得的双层梯度聚酰亚胺复合材料的热机械性能测试图，其中(a)为储能模量，(b)为损耗因子；
[0028]图4为实施例和比较例制得的双层梯度聚酰亚胺复合材料的两段形状记忆性能，其中(a)为PI
‑
PHT
‑
01，(b)为PI
‑
PHT
‑
03、(c)为PI
‑
PHT
‑
05、(d)为PI
‑
PHT
‑
13、(e)为PI
‑
PHT
‑
15、(f)为PI
‑
PHT
‑
35；
[0029]图5为实施例3制得的双层梯度聚酰亚胺复合材料的三段形状记忆固定与回复的过程；
[0030]图6为实施例1～3制得的双层梯度聚酰亚胺复合材料的三段形状记忆性能测试图。
具体实施方式
[0031]本专利技术提供了一种可实现三段形状记忆的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将4,4
’‑
二氨基二苯醚、双酚A型二酐和有机非质子溶剂混合进行亲核取代反应，得到聚酰胺酸溶液；将所述聚酰胺酸溶液与甲苯混合进行热亚胺化，得到聚酰亚胺；将所述聚酰亚胺、多聚甲醛和有机非质子溶剂混合进行第一超支化反应，得到超支化产物；将所述超支化产物进行第一固化，得到PI
‑
HDCN薄膜；将所述聚酰亚胺、多聚甲醛、氧化石墨烯分散液和有机非质子溶剂混合进行第二超支化反应，得到含有GO的超支化聚酰亚胺复合材料；将所述含有GO的超支化聚酰亚胺复合材料涂覆在所述PI
‑
HDCN薄膜的表面后，依次进行第二固化和环化，得到所述可实现三段形状记忆的双层梯度聚酰亚胺复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有GO的超支化聚酰亚胺中GO的质量百分数为1～5％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一超支化反应和第二超支化反应的温度独立地为50～60℃，时间独立地为0.5～1h。4.根据权利要求1所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炎，杨增辉，王廷梅，王齐华，李宋，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：