甲基丙烯酸锌增容补强的磁、热双响应形状记忆复合材料
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沈阳市自然科学基金专项(23-503-6-06);辽宁省教育厅基本科研项目(JYTMS20231498)


Magnetic and Thermal Dual Response Shape Memory Composite with Zinc Methacrylate Capacity Enhancement and Reinforcement
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    摘要:

    四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子分散到聚合物基体中制备形状记忆复合材料时,往往会受限于纳米粒子的团聚,造成力学性能下降和加热速率降低。文中设计利用甲基丙烯酸锌(ZDMA)改性杜仲胶(EUG)/Fe3O4复合材料,制得EUG/Fe3O4/ZDMA磁、热双响应形状记忆复合材料。探究了ZDMA含量对EUG/Fe3O4/ZDMA复合材料的力学性能、升温速率、磁响应形状回复率及Fe3O4纳米粒子分散状态的影响。结果表明,随着ZDMA含量的增加,Fe3O4纳米粒子的团聚现象得到了明显改善;ZDMA 具有补强作用,EUG/Fe3O4/ZDMA 复合材料的拉伸强度从 16.7 MPa 增加到 23.5MPa,提高了40.7%;动态力学热分析表明,EUG/Fe3O4/ZDMA复合材料在3次循环下的形状固定率和形状回复率均在97%以上;随着ZDMA含量的增加,EUG/Fe3O4/ZDMA复合材料在交变磁场中升温速率提高,可实现快速非接触式加热,最短在27 s即可实现形状回复。

    Abstract:

    In the preparation of shape memory composites, the dispersion of ferric oxide Fe3O4 nanoparticles within the polymer matrix is crucial. However, the agglomeration of nanoparticles can often occur, leading to a decrease in mechanical properties and heating rate. This paper focused on modifying Eucommia ulmoides gum (EUG)/Fe3O4 composites with zinc methacrylate (ZDMA) to create EUG/Fe3O4/ZDMA magnetic and thermal dual response shape memory composites. The effects of varying ZDMA content on the mechanical properties, heating rate, magnetic response shape recovery rate and dispersion state of Fe3O4 nanoparticles of EUG/Fe3O4/ZDMA composites were investigated. The results indicate that the agglomeration of Fe3O4 nanoparticles significantly improves with increasing ZDMA content. The tensile strength of the EUG/Fe3O4/ZDMA composite is increased from 16.7 MPa to 23.5 MPa, with a notable 40.7% increase observed in the EUG/Fe3O4/ZDMA composite. DMA testing demonstrates that the shape fixation rate and shape recovery rate of EUG/Fe3O4/ZDMA composites are above 97% over three cycles. As the increase of ZDMA content, the heating rate of EUG/Fe3O4/ZDMA composite material in the alternating magnetic field increases, allowing for fast non- contact heating, and achieving shape recovery in as little as 27 s.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

李 旭,陈嘉明,鞠长滨,康海澜,方庆红,戴舒笑,李 龙.甲基丙烯酸锌增容补强的磁、热双响应形状记忆复合材料[J].高分子材料科学与工程,2025,41(2):116-125. Xu Li, Jiaming Chen, Changbin Ju, Hailan Kang, Qinghong Fang, Shuxiao Dai, Long Li. Magnetic and Thermal Dual Response Shape Memory Composite with Zinc Methacrylate Capacity Enhancement and Reinforcement[J]. Polymer Materials Science & Engineering,2025,41(2):116-125.

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