A. 什麼是形狀記憶樹脂
形狀記憶高分子材料就是在一定條件下被賦予一定的形狀(起始態),當外部條件發生變化時,它可相應地改變形狀並將其固定下來(變形態),如果外部環境以特定的方式和規律再一次發生變化,形狀記憶高分子材料便可逆地恢復到起始態。整個過程完成了一個循環:從記憶起始態→固定變形態→恢復起始態。
形狀記憶高分子材料大部分使用的高分子是樹脂,因此被稱為形狀記憶樹脂,它的形狀記憶功能是由其特殊的內部結構決定的。形狀記憶樹脂由兩種物態組成:①保持成品形狀的固定相,可用來記憶最初成型時的形狀;②隨溫度變化而發生軟化-硬化的可逆變化的可逆相,它能夠保證成品可以改變形狀。由於固定相和可逆相都有自己的軟化溫度,因此調節和改變溫度是使形狀記憶樹脂轉變為固定相或可逆相的關鍵。
形狀記憶樹脂可用作固定創傷部位的器材,用來代替傳統的石膏綳扎。製作方法是:第一步要將形狀記憶樹脂加工成為固定相,也就是起始態,固定相要加工成適合固定創傷部位的。第二步是要將固定相裝配到創傷部位上,必須使它變軟,使它軟化變成可逆相,也就是變形態。方法是通過用熱水或熱風加熱,使形狀記憶樹脂變成可逆相,於是它便軟化,軟化以後容易變形便易於裝配在創傷部位。裝配好以後,形狀記憶樹脂在逐漸冷卻過程中,由於溫度變化使它恢復到起始態,即開始製作器材時的固定相形狀,正好適合將創傷部位固定。這樣的做法好像樹脂具有記憶的智能。
當然,我們現在所指的代替大腦功能的材料,只是指能部分模擬大腦簡單功能的材料,因為更高級的思維功能,如邏輯、推理、綜合、想像等思維活動,是不能用簡單的、單靠改變材料的性質和特殊功能來實現的。
B. 什麼是高分子復合材料的智能化
人工智慧是指在人工系統中再現人的智能活動的技術,也指與此相對應的學科。最早引起科學家注意的是運用人工智慧技術編製程序來提高現有計算機的應用靈巧性,使計算機能做那些通常需要人的智能才能做的事情,因此人工智慧也被狹義地稱為機器智能。
但是,人工智慧當然不能也不會局限於應用在機器和計算機上,作為長期的目標,人工智慧應該在思維科學指引下,研製綜合性的人工智慧系統,因此材料科學也可以納入人工智慧研究的范圍和目標。
人工智慧與自然智能(人類智能)是對立的統一,不管科學如何發展,人造的、模擬的「智能」和天然的、本原的「智能」仍然有質的差別。從局部看,人工智慧可以代替人的某些腦力勞動,但是,從總體上看,人類的創造力是無限的,歸根結底,再高明的人工智慧也是由人所創造、操縱,並為人所用的,而且人工智慧要向前發展,首先必須依靠人。
在與化學有著密切關系的材料科學領域中,率先發展並已經初見成效的當推智能高分子材料,這是因為與人工智慧關系最密切的是功能,而在化學功能材料中,高分子材料的研究最廣。
主要方面有:
1.高分子的智能化——高分子凝膠的智能化
高分子薄膜的智能化
高分子復合材料的智能化
本徵導電聚合物的智能化
2.形狀記憶樹脂
這里只介紹了與化學關系最密切的高分子人工智慧材料,其他非高分子的人工智慧材料也已經研究得比較多。例如,敏感陶瓷材料在自動控制儀表中就相當於人的五官,起到視覺、嗅覺、味覺、聽覺和觸覺器官的作用。和陶瓷類似,玻璃也可以起到這方面的作用,有一種光敏變色玻璃可以自動地隨光線強弱而改變透明度,使室內亮度始終保持恆定,也是一種感覺一指令一動作的過程。還有,具有記憶功能的材料也不僅僅限於高分子樹脂,鎳鈦合金就是一種具有形狀記憶功能的合金,被用作架設在月球上的合金。總之,人工智慧材料的研究處於發展階段,前途遠大。
C. 環氧樹脂加上固化劑就是形狀記憶聚合物嗎
如果不加固化劑就會導致環氧樹脂無法固化。
環氧樹脂固化劑是與環氧樹脂發生化學反應,形成網狀立體聚合物,把復合材料骨材包絡在網狀體之中。 使線型樹脂變成堅韌的體型固體的添加劑。
鹼性類
鹼性類固化劑 WTF:包括脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺。
酸性類
酸性類固化劑:包括有機酸、酸酐、和三氟化硼及其絡合物。
加成型
加成型固化劑:這類固化劑與環氧基發生加成反應構成固化產物一部分鏈段,並通過逐步聚合反應使線型分子交聯成體型結構分子,這類固化劑又稱瓜型固化劑。
催化型
催化型固化劑:這類固化劑僅對環氧樹脂發生引發作用,打開環氧基後,催化環氧樹脂本身聚合成網狀結構,生成以醚鍵為主要結構的均聚物。
顯在型
顯在型固化劑為普通使用的固化劑,又可分為加成聚合型和催化型。所謂加成聚合型即打開環氧基的環進行加成聚合反應,固化劑本身參加到三維網狀結構中去。這類固化劑,如加入量過少,則固化產物連接著末反應的環氧基。因此,對這類固化劑來講,存在著一個合適的用量。而催化型固化劑則以陽離子方式,或者陰離子方式使環氧基開環加成聚合,最終,固化劑不參加到網狀結構中去,所以不存在等當量反應的合適用量;不過,增加用量會使固化速度加快。在顯在型固化劑中,雙氰胺、己二酸二醯肼這類品種,在室溫下不溶於環氧樹脂,而在高溫下溶解後開始固化反應,因而也呈現出一種潛伏狀態。所以,可稱之為功能性潛伏型固化劑。
潛伏型
潛伏型固化劑指的是與環氧樹脂混合後,在室溫條件下相對長期穩定(環氧樹脂一般要求在3個月以上,才具有較大實用價值,最理想的則要求半年或者1年以上),而只需暴露在熱、光、濕氣等條件下,即開始固化反應。這類固化劑基本上是用物理和化學方法封閉固化劑活性的。所以,在有的書上也把這些品種劃為潛伏型固化劑,實際上可稱之為功能性潛伏型固化劑。因為潛伏型固化劑可與環氧樹脂混合製成一液型配合物,簡化環氧樹脂應用的配合手續,其應用范圍從單包裝膠黏劑向塗料、浸漬漆、灌封料、粉末塗料等方面發展。潛伏型固化劑在國外日益引起重視,可以說是研究與開發的重點課題,各種固化劑改性新品種和配合新技術層出不窮,十分活躍。
胺類固化劑
伯胺和仲胺對環氧樹脂的固化作用是由氮原子上的活潑氫打開環氧基團,而使之交聯固化。脂肪族多元胺如乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺等活性較大,能在室溫使環氧樹脂交聯固化;而芳香族多元胺活性較低,如間苯二胺,得在150℃固化才能完全。
酸酐類固化劑
二元酸及其酐如順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸酐可以固化環氧樹脂,但必須在較高溫度下烘烤才能固化完全。酸酐首先與環氧樹脂中的羥基反應生成單酯,單酯中的羧基與環氧基發生加成酯化而成雙酯。
合成樹脂類固化劑
低分子量聚醯胺樹脂是亞油酸二聚體或桐油酸二聚體與脂肪族多元胺如乙二胺,二乙烯三胺反應生成的一種琥珀色粘稠狀樹脂。由二聚亞油酸和乙二胺製得的樹脂結構如下:
潛伏型固化劑
這種固化劑在一般條件下是穩定的,但當加熱到一定的溫度時,才顯示其活性而固化環氧樹脂。如雙氰胺,與環氧樹脂混合在一起,在常溫下是穩定的。若在145—165℃,則能使環氧樹脂在30分鍾內固化。三氮化硼乙胺絡合物,常溫也是穩定的,在100℃以上時能固化環氧樹脂。
D. 什麼是復合材料,高分子材料,合金
復合材料(Composite materials),是以一種材料為基體(Matrix),另一種材料為增強體(reinforcement)組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補短,產生協同效應,使復合材料的綜合性能優於原組成材料而滿足各種不同的要求。復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。
高分子材料macromolecular material,以高分子化合物為基礎的材料。包括橡膠、塑料、纖維、塗料、膠粘劑和高分子基復合材料。
合金alloy ,由金屬與另一種(或幾種)金屬或非金屬所組成的具有金屬通性的物質。一般通過熔合成均勻液體和凝固而得。根據組成元素的數目,可分為二元合金、三元合金和多元合金。中國是世界上最早研究和生產合金的國家之一,在商朝(距今3000多年前)青銅(銅錫合金)工藝就已非常發達;公元前6世紀左右(春秋晚期)已鍛打(還進行過熱處理)出鋒利的劍(鋼製品)。
這個只是一個簡單的概念,具體的在研究和生產上還有很多要點,可以查看相關專業的書籍,一般材料科學與工程一級學科以及其下各次級學科都會提及