Page 63 - 《精细化工》2022年第12期

第 12 期 韩雨霏，等: 磁、热双重响应的 Fe 3 O 4 /EUG 形状记忆复合材料的制备及性能 ·2429·

在 98%以上，具有优秀的形状固定率和形状回复率。 样条可在 30 s 时完成形状回复；Fe 3O 4/EUG-30、Fe 3O 4/
2.5 复合材料磁响应生热性能分析 EUG-40 和 Fe 3 O 4 /EUG-50 样条仅在 13 s 以内就可完
将 EUG 和 Fe 3 O 4 /EUG 复合材料样品置于交变 成形状回复。随着 Fe 3 O 4 含量增多，Fe 3O 4/EUG 复合
磁场中的样品台上，对其施加 60 s 的磁场，每隔 15 s 材料在感应磁场中温升速度提高，可实现快速无接触
记录样品表面的温度，结果见图 6。如图 6 所示，EUG 式加热，最短在 12 s 即可实现形状回复。这是由于交
中无感应生热粒子，因此在磁场中无热响应，表面温 变磁场可穿透基体而无任何强度的损失，使分散在
度无变化。复合材料在磁场中 60 s 内温升为 17~110 ℃， 基体中的 Fe 3 O 4 纳米粒子快速升温加热基体实现形
随 Fe 3 O 4 的添加量增加，Fe 3 O 4 /EUG 复合材料升温 状回复。与传统的热响应回复相比，磁响应缩短了
变快。同一样品则随着时间的延长温度逐渐上升。 热传导路径。因此，随着基体中 Fe 3 O 4 纳米粒子含
因此，Fe 3 O 4 /EUG 复合材料可以在交变磁场中通过 量的增加，基体的温度上升速率和形状回复速率也
控制 Fe 3 O 4 含量和加热时间控制试样温度。此外， 随之增加。
由于橡胶材料导热性能较差，且 EUG 内部的残余结
晶在熔融的过程中会吸收一部分热量，因此试样内
部温度会高于试样表面温度，存在一定的温度梯度。

图 7 Fe 3 O 4 /EUG 复合材料样条在磁场中形状回复过程
Fig. 7 Shape recovery process of Fe 3 O 4 /EUG composites

图 6 Fe 3 O 4 /EUG 复合材料在磁场中的生热过程 specimen in magnetic field
Fig. 6 Heat generation process of Fe 3 O 4 /EUG composites
in magnetic field 2.7 磁响应形状记忆复合材料的综合性能对比分析
目前，磁响应形状记忆复合材料基体以合成材
2.6 复合材料磁响应形状记忆性能分析 料为主，在生产过程中易产生环境污染问题，在应
Fe 3 O 4 /EUG 复合材料在磁场中的形状记忆行为 用过程中会出现力学性能较差、形状回复率较低、
通过 U 型弯曲样条的回复实验进行表征，其回复过 回复速度慢和相转变温度高等问题，限制了磁响应
程通过高清红外摄像机记录，结果如图 7 所示。由 形状记忆复合材料的应用及发展。将 Fe 3 O 4 /EUG 复
图 7 可知，在交变磁场的作用下，EUG 在磁场中无法 合材料与已报道的不同基体的磁响应复合材料的力
生热不能进行形状回复；Fe 3 O 4 /EUG-10 样条在磁场 学性能、转变温度、形状回复率和回复时间进行对
中生热效率较慢，82 s 时形状完全回复；Fe 3O 4/EUG-20 比分析，结果如表 3 所示。

表 3 磁响应形状记忆材料的性能对比
Table 3 Properties comparison of magnetic responsive shape memory materials
磁响应复合材料 相转变温度/℃ 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 形状回复率/% 回复时间/s
Fe 3O 4/PDLLA-100 [22] 48～53 44.0 2 98.3 35
MagSilica 50-H8/PDC-10 [23] 40 15.4 574 98 —
MNP/OPDL-11 [21] 80 14.0 155 97 —
Fe 2O 3/PEVA-13.6 [24] 94 90.0 100 89 —
NdFeB/PE-15 [25] 131 22.0 100 85 70
Fe 3O 4/PLLA-10 [26] 60 93.1 175 83 200
Fe 3O 4/PCLAU-15 [19] 40 19.3 101 82 30
Fe 3O 4/EUG-20 41 29.0 545 98 30
注：PDLLA 为 D,L-丙交酯；PDC 为多嵌段共聚物；PCLAU 为聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)和聚(D,L-丙交酯-co-ε-己内酯)（PCLA）
的共聚物；PE 为聚乙烯；PLLA 为左旋聚乳酸；PEVA 为聚乙烯-醋酸乙烯酯；OPDL 为聚(ω-十五醛内酯)；MNP 为磁性纳米粒子；
MagSilica 为硅胶磁性微球。