形状记忆聚合物泡沫在生物医学和航空航天应用中具有巨大潜力，但其在相关变形条件下的热机械行为尚不明确。本文研究了平均相对密度接近20%的环氧形状记忆聚合物泡沫的热机械行为。这些泡沫在不同应力、应变和温度条件下发生变形。测得泡沫的玻璃化转变温度约为90°C，并在25°C至125°C的温度范围内进行了压缩和拉伸测试。采用各种形状恢复测试来测量不同热机械条件下的恢复性能。测量了拉伸破坏应变与温度的函数关系，以探究泡沫在温度和应变空间内的最大恢复极限。进行了压缩测试以研究材料压缩率与温度的函数关系；这些泡沫可以被压缩高达80%，并且在多个循环中仍能实现完全应变恢复。此外，拉伸破坏应变测试和循环压缩恢复测试均表明，在80°C的温度下变形可以实现最大的宏观应变恢复。高于或低于此最佳值的变形温度会导致拉伸破坏应变降低以及循环压缩中不可恢复应变的累积。利用微计算机断层扫描（micro-CT）对不同压缩状态下的泡沫进行了扫描，以理解泡沫的变形机制。微计算机断层扫描研究揭示了随着压缩增加，泡孔发生弯曲、屈曲和坍塌，这与已发表的数值模拟结果一致。

一、引言

形状记忆聚合物泡沫展现出低密度、高压缩性和形状记忆行为的独特组合，使其具有广泛的应用潜力。大多数提出的应用集中在航空航天领域，其中泡沫的低密度可以弥补其与实心形状记忆聚合物相比相对较低的机械性能。具体应用包括空间可展开支撑结构、太空居住舱和探测车组件；更详尽的列表可参见相关文献。泡沫增加的比表面积和压缩性在生物医学植入物（如海绵状材料）中也前景广阔。然而，在实现形状记忆聚合物泡沫的潜力之前，必须开展工作来表征其在代表实际应用的复杂载荷历史下的热机械响应，并建立泡沫结构与热机械性能之间的联系。

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形状记忆聚合物能够承受并恢复大应变。在热活化的交联聚合物中，形状记忆效应本质上是熵驱动的。当加热至接近玻璃化转变温度时，聚合物链可以发生旋转构象变化，从而使聚合物链发生单轴应变。随着材料被拉伸，链的排列增加，由于链的构象熵降低，材料中储存的能量增加。当材料冷却至玻璃化转变温度以下，且链因与相邻链的相互作用而无法自由旋转时，该能量随后被锁定在聚合物链中。当聚合物在无约束条件下重新加热至玻璃化转变温度以上时，熵的增加作为驱动力促使材料恢复其初始形状。热机械形状存储和恢复过程如图1所示。

图1. 形状记忆存储过程。恢复步骤也可用于将材料封装成另一种形状。

由于形状记忆机制已相对明确，材料的其他方面也得到了研究。这些工作考虑了‘纯’形状记忆聚合物及其复合材料。对‘纯’形状记忆聚合物的研究很广泛。研究发现，对于形状记忆聚合物薄膜，改变玻璃化转变温度会使其机械性能相对于新的玻璃化转变温度发生偏移。为建立热机械行为的本构模型所进行的研究，已发展出二维和三维模型。已进行了热表征及加工工艺对材料行为影响的研究，并探索了形状记忆聚合物的潜在应用。针对‘纯’形状记忆聚合物也进行了与本研究类似的热机械研究。

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为了提高形状记忆聚合物的刚度和可恢复力水平，不同研究人员开发了基于形状记忆聚合物的复合材料，包括纤维增强材料和纳米颗粒增强材料。随着增强相比例的增加，模量和可恢复力增加，而延展性和可恢复应变则降低。这种性能上的权衡有助于针对特定的应用需求定制形状记忆聚合物。

将形状记忆聚合物发泡是另一种针对应用需求定制材料性能的方法。泡沫通常具有较低的机械刚度和强度，但增强了压缩性，并具有轴向应变与横向应变之间独特的关联性。通常，泡沫可分为三种不同类型：开孔泡沫、闭孔泡沫以及开孔与闭孔混合泡沫。这种区分有助于更好地理解泡沫的机械特性并进行更精确的建模。闭孔泡沫的一种变体是通过将聚合物渗透到空心微球周围制成的，称为复合泡沫材料；而具有负泊松比的开孔泡沫则称为拉胀泡沫。开孔泡沫已被广泛研究，其内部结构和变形机制已得到很好的表征。其他研究探索了开孔泡沫建模中泡孔尺寸分布的影响。对闭孔泡沫的研究也侧重于确定和建模这些泡沫的坍塌行为。

在压缩下，几乎所有泡沫都表现出相似的应力-应变曲线阶段，如图2所示。在初始弹性阶段和早期屈服阶段，孔壁‘支柱’发生单轴变形或弯曲。随后，随着变形增加，支柱发生屈曲，材料经历塑性流动。最终，当这个所谓的平台阶段耗尽时，随着应变进一步增加，泡孔坍塌并压实，应力-应变曲线在大应变下向上拐向更高的应力。微计算机断层扫描已被用于促进理解这些泡沫细观结构的变化，因为它能够生成微米级分辨率的三维图像。其结果可用于创建包含真实泡沫结构的有限元模型。

图2. 泡孔对压缩应变的响应。在弹性区域，孔壁弯曲；从屈服点至上翘点（约60%应变），孔壁屈曲；超过屈曲点后，孔壁接触并开始致密化。

迄今为止，对金属和传统聚合物泡沫的研究远比形状记忆聚合物泡沫的研究广泛。关于形状记忆聚合物泡沫的大部分文献涵盖了相关公司生产的开孔聚氨酯体系。这类工作主要集中于在变形状态下被‘冻结’的泡沫的长期稳定性；据观察，即使在六个月后，变形的泡沫仍能完全恢复所施加的变形。其他测试考虑了约束应力恢复与自由应变恢复、循环特性以及应变率依赖性。这些结果表明，从大的压缩预应变可以实现完全无约束恢复，任何外部应力约束都会抑制完全恢复，但允许泡沫做机械功。此外，当加热至玻璃化转变温度以上时，循环压缩后没有残余应变，并且当泡沫被加热至玻璃化转变温度以上时，应变率对机械性能的影响会增加。尽管先前的研究已考虑过形状记忆聚合物泡沫，但它们并未考虑一套全面的热机械变形路径。此外，大多数先前工作集中于热塑性泡沫，其物理交联可能具有有限寿命和形状记忆能力。而且，先前关于形状记忆聚合物泡沫的研究对初始泡沫结构的表征极少，对存储和恢复路径中的泡沫结构也几乎没有评估。本研究的目的是更透彻地理解热固性形状记忆泡沫在相关变形条件下的热机械存储和恢复行为。此外，结合宏观热机械测试和微计算机断层扫描，有助于理解不同变形状态下的孔结构与相关可恢复应变极限之间的基本联系。微计算机断层扫描表征允许在存储和恢复测试中直接追踪泡沫结构。本研究的结果与先前关于聚氨酯形状记忆聚合物泡沫的研究进行了比较，并讨论了结果对形状记忆聚合物泡沫新兴应用的意义。

二、实验方法

2.1 材料与样品

本工作中使用的材料是商标名为 TEMBO® 3XE 的环氧泡沫，由 Composite Technology Development (CTD) 提供。该材料的化学和工艺细节为专有信息，但本质上可视为一种双组分热固性环氧网络。通过微计算机断层扫描测得其初始平均泡孔直径为 0.472 毫米，密度为 0.2 克/立方厘米，因此相对密度为 17%。动态机械分析样品经粗切和打磨成长方体，尺寸为 10 毫米 × 6 毫米 × 2 毫米。压缩测试样品分别粗切为 17 毫米 × 17 毫米 × 20 毫米的长方体，然后冲压成直径为 13.5 毫米、高度为 20 毫米的圆柱体。随后将这些圆柱体样品在高于玻璃化转变温度下进行热循环，以消除样品制备过程中施加的任何应变。拉伸样品为按 ASTM D 638-03 IV 型狗骨试样比例缩小 0.5 倍的试样，由 2–3 毫米厚的泡沫片激光切割而成。狗骨试样的两端用铝箔包裹以防止打滑和在夹持区域发生破坏。鉴于平均孔径，拉伸试样尺寸太小，无法明确构成一个代表体积单元，因此进行了多次重复拉伸测试以探究结果的重复性。

2.2 实验设备

为测定玻璃化转变温度，使用了配备薄膜拉伸夹具的 Thermal Analysis DMA Q800。其余测试使用配备加热室的 MTS Insight 2 单轴机械测试机完成。热电偶置于加热室内，并放置在样品附近。使用机器十字头和激光引伸计在压缩测试中测得的位移差异可忽略不计；因此，为方便起见采用了前者。使用 MTS 高负载压缩压板压缩泡沫圆柱体。拉伸测试则使用了 MTS Advantage 螺旋传动拉伸夹具和 MTS LX300 激光引伸计。

2.3 实验

为测量整体性能/响应，进行了六种类型的测试：动态机械分析、压缩、分段压缩、拉伸、循环加载和形状记忆。形状记忆测试进一步包含自由应变恢复和约束形状恢复测试。

2.3.1 动态机械分析

泡沫样品两端用铝箔包裹以避免在夹具处发生断裂。使用扭矩扳手，将上夹具拧紧至扭矩 0.11 牛·米，下夹具拧紧至 0.22 牛·米。样品在 25°C 下平衡 2 分钟，然后以 5°C/分钟的速率加热至 150°C。测试在工程应变控制下进行，应变为 0.1%，预载荷为 0.01 牛，力跟踪等级为 150%，频率为 1 赫兹。

2.3.2 压缩测试

在五个不同温度下进行测试：25、50、75、100 和 125°C。为确保均匀加热，加热室和每个样品在每个温度下均保温十分钟。为实现压板与样品的完全接触，使用了 0.2 牛的预载荷。十字头速度设置为 3 毫米/分钟，对应的应变速率为 0.0025 每秒。将样品压缩至 1950 牛的载荷（接近测试机的最大载荷），并以相同的应变速率卸载，直到再次达到最小预载荷。每个温度下测试三个样品以研究趋势的重复性。

2.3.3 分段压缩实验

在此测试中，将样品加载到第一个应变点，卸载至达到所需的预载荷，然后重新加载到第二个应变点，如此往复，直到达到负载极限以取代第八个应变点。该序列在五个不同温度下进行：25、50、75、100 和 125°C。每个温度下的应变终点是通过取压缩测试中的最大应变并将其分成八个相等的部分来确定的。为确保每个样品温度均匀，加热室在每个温度下保持 10 分钟。为了最大化分辨率和测试范围，对于 25、50 和 75°C 的测试使用了 2 千牛力传感器，对于 100 和 125°C 的测试使用了 100 牛力传感器。2 千牛力传感器的负载极限设置为 1950 牛，100 牛力传感器设置为 95 牛，以防止损坏力传感器。为确保压板与样品完全接触，使用了 0.2 牛或 0.075 牛的预载荷。十字头以 3 毫米/分钟的速率移动，对应的工程应变速率为 0.0025 每秒。每个加载历史下测试三个样品以研究趋势的重复性。

2.3.4 拉伸测试

拉伸样品使用 MTS Advantage 螺旋传动拉伸夹具以 0.0025 每秒的工程应变速率加载直至破坏。在两端包裹铝箔并测量标距段的宽度和厚度后，在狗骨试样标称标距段的两端各贴一块激光反射带。用于应变计算的名义标距长度，在测试前和测试中使用激光引伸计测量。使用激光反射带似乎未对结果产生不利影响，因为试样在标距区域中心发生破坏的频率与在激光反射带附近发生破坏的频率相当。将样品放入拉伸夹具中，使激光反射带面向加热室门，并将加热室加热到适当温度。在 25、50、65、70、75、80、85、90、95、100、125 和 150°C 的温度下测试样品。为确保温度均匀，每个样品在测试前在各温度下保温 10 分钟。每个温度下测试三个样品以研究趋势的重复性。

2.3.5 循环加载实验

在此测试中，每个样品在加载框架内循环压缩到一个设定的应变终点，共 100 个循环。圆柱形样品以 0.0025 每秒的工程应变速率进行压缩。此测试关注的温度为 80、100 和 125°C。工程应变终点分别为 40%、60% 和 80%。在开始每次测试前，样品在相应温度下保温 10 分钟。对于 80°C 的测试，由于在该测试温度下未观察到瞬时恢复，样品随后被加热到 100°C 以促进恢复，然后冷却回 80°C。由于这个额外步骤以及过长的测试时间，80°C 下的测试仅循环了 20 次。为了获得最佳分辨率，使用了 100 牛力传感器，负载极限设置为 95 牛。为促进压板与样品的完全接触，使用了 0.075 牛的预载荷。

2.3.6 形状存储

形状存储是约束恢复和自由应变恢复的第一步。将样品加热到封装温度并压缩至 80% 的应变。在样品冷却到 25°C 的过程中保持该压缩状态，当力传感器上不再有应力显示时，升起压板。使用的封装温度为 100 和 125°C。

2.3.7 约束恢复

将封装好的样品放入配备 100 牛力传感器和加热室的 MTS Insight 2 机械测试机中，在室温下压缩至 0.5 牛的预载荷。然后，将压缩压板升高 0.3 毫米以考虑热膨胀。随后将压板保持在该位置，同时以 2°C/分钟的速率将温度从 25°C 升高到 145°C。记录样品施加在压板上的应力随时间的变化，该时间与温度相关联。

2.3.8 自由应变恢复

将一块边缘贴有激光反射带的方形玻璃载玻片放置在封装样品的顶部。然后将样品连同压板一起放入配备加热室的 MTS Insight 2 测试机中，压板边缘也贴有激光反射带。用三个铝块围住样品以防止其在恢复过程中倾倒。随后以 2°C/分钟的速率将样品从 25°C 加热到 145°C，同时 MTS LX300 激光引伸计记录两块激光反射带的位移。该位移用于确定应变恢复百分比，并绘制成与温度（同样与时间相关）的关系图。

2.3.9 X 射线微计算机断层扫描

在佐治亚理工学院骨科生物工程实验室，使用 Scanco Medical vivaCT 40 X 射线微计算机断层扫描仪对各种感兴趣的样品进行了扫描。微计算机断层扫描成像的无损特性允许进行迭代扫描。扫描一个样品后，将其压缩至 10% 的应变；然后再次扫描该样品，并压缩至相对于原始高度的另一个 10% 应变。此过程持续进行，直到样品被压缩至原始高度的 80% 应变为止。使用 ImageJ 软件通过目视方式对不同扫描中的相同泡沫区域进行隔离，以便进行比较和图像对齐。使用 MRicro 软件进行区域选择的微调和三维图像的生成。使用 ScanCo 分析软件测定泡沫的整体性能。

三、结果

3.1 动态机械分析结果

从动态机械分析测试中选出的一对储能模量和损耗角正切值如图3所示；基体材料的树脂形态与泡沫形态之间的差异清晰可见。使用损耗角正切峰值测得的泡沫玻璃化转变温度为 92 ± 3°C，起始点约在 75°C，结束点约在 110°C。图4包含了对样品进行简单压缩和分段压缩测试的结果。从图4(a)可以看出，随着温度升高，完全压缩材料所需的应变也增加。图4(a)和(b)中曲线的叠加表明，分段压缩测试并未改变相对于简单压缩测试的力学性能。图4(c)比较了五个温度下的低应变区域，对数坐标揭示了不同温度之间小应变下力学性能偏移的量级。

图3. 泡沫和树脂的储能模量及损耗角正切来自动态机械分析拉伸测试。

图4. 不同温度下的工程应力与工程应变曲线：(a)简单压缩，(b)分段压缩，(c)低应变区域的对数坐标图。

3.2 压缩结果

图5(a)说明了分段压缩测试的加载路径以及最大应变和恢复应变的定义。图5(b)显示了最大应变和测试温度对材料恢复应变能力的影响。在低于玻璃化转变温度时，唯一恢复的应变是弹性应变，因此最大应变与恢复应变之比随着最大应变的增加而减小。玻璃化转变温度对自发形状恢复的影响，通过对比在100°C与75°C下测试样品的应变恢复差异得以体现。

图5. 分段压缩测试分析：(a)定义最大应变、卸载应变、永久应变和恢复应变。当样品加热至玻璃化转变温度以上时，会产生恢复应变和永久应变。(b) 以最大应变为参数的恢复应变图，显示最大应变和温度的影响。

3.3 拉伸结果

不同温度下的拉伸测试结果如图6所示。图6(a)绘制了拉伸破坏应变与温度的关系，并与储能模量进行了比较。误差线表示对于n=3的样品，其破坏应变平均值的一个标准偏差。图6(b)是每个温度下部分选定拉伸曲线的叠加，形成了破坏峰值。这些曲线表明，使拉伸应变最大化的最佳温度约为80°C，该温度低于通过动态机械分析测得的玻璃化转变温度。

图6. 拉伸破坏峰值：(a) 每个温度下的选定拉伸曲线，显示破坏峰值，(b) 平均破坏应变与不同温度的关系图，其上叠加了储能模量与温度的关系。

3.4 循环结果

循环加载系列的结果展示于图7。图7(a)显示了部分选定循环曲线，并定义了应变终点处的应力命名；图7(b)定义了每个循环的永久应变。图7(c)和(d)显示了在应变终点处达到的最大应力与循环次数的关系。应力被归一化到第一个循环在应变终点处的应力，以便在不同温度和应变终点之间进行比较。趋势是在最初几个循环中应力急剧下降，随后归一化应力进入平台期。图8比较了前20个循环后未恢复的应变，以便与80°C下的循环系列进行比较。图8(a)比较了压缩至40%应变的样品，图8(b)比较了压缩至60%应变的样品，图8(c)比较了压缩至80%应变的样品。在接近玻璃化转变温度和材料最大应变能力的范围内，温度和最大应变水平对可逆性有显著影响。需注意图8(a)-(c)中坐标尺度的差异，因为温度对可逆性的影响仅在较高施加应变下才变得显著。

图7. 循环对设定应变下最大应力的影响：(a) 显示选定的循环曲线并定义最大应力；(b) 在较小应变区域显示相同的选定循环曲线并定义永久应变。(c) 100°C 和 (d) 125°C 下的影响。曲线以应变终点标记。

图8. 循环加载中永久应变对温度的依赖性，应变终点不同：(a) 压缩40%，(b) 压缩60%，(c) 压缩80%。

3.5 形状恢复结果

约束恢复测试表明，如图9(a)所示，在100°C封装的样品开始产生应力的温度略低于在125°C封装的样品。此外，在100°C封装的泡沫比在125°C封装的泡沫产生更大的力。自由应变恢复测试的结果表明，封装温度不影响总体恢复应变水平，只影响应变恢复的起始温度。

图9. 封装温度为100和125°C时的形状恢复特性：(a) 约束应力恢复，(b) 自由应变恢复。

3.6 微计算机断层扫描结果

在高分辨率计算机断层扫描中，未变形泡沫中的泡孔呈高度球形。此外，泡孔与泡孔界面处的壁厚不均匀。虽然高分辨率扫描比图11(b)中的20微米扫描捕捉到更多的孔壁细节，但整体结构相同。泡孔对变形的响应追踪如图11所示；图11(a)绘制了泡孔对应变的响应，图11(b)则显示了应变递增时的微观结构快照。平均泡孔尺寸在前10%的应变中下降不到10%，但随后迅速下降直至约45%的应变。此后，平均泡孔尺寸的下降开始减缓。泡沫结构的快照显示，主要泡孔的平均屈曲直到样品被压缩至20%应变时才发生，并且致密化大约在40%应变附近开始。所示的每个快照对应于一个体积为2毫米 × 2毫米 × 0.8毫米的区域。图10(c)显示了选定应变水平下泡孔尺寸的直方图，表明泡孔尺寸的分布随平均泡孔尺寸一同变化。

图10. 收到状态泡沫的6微米分辨率X射线微计算机断层扫描图像。泡孔呈球形且在泡沫中均匀分布。

图11. 125°C 下微观结构对变形的响应。(a) 平均泡孔尺寸与应变的关系图；包含应力-应变图以供比较。(b) 同一 2毫米 × 2毫米 × 0.8毫米 泡沫区域在变形过程中的快照，应变间隔为10%。从左到右、从上到下阅读，从未变形开始，以压缩70%结束。(c) 泡沫变形过程中选定的孔壁间距与计数数量的直方图。

四、讨论

本文获得的结果为更好地理解形状记忆聚合物泡沫在新兴应用中的热机械行为奠定了基础。这里研究的环氧基泡沫最适用于航空航天领域，但一些总体性结论可以推广到其他泡沫体系，特别是热固性网络。压缩单调应力-应变结果提供了关于泡沫刚度和压缩率随应变水平和温度变化的关键信息。压缩应力-应变响应作为温度的函数，也为形状记忆聚合物泡沫的本构建模提供了重要的输入。拉伸单调结果提供了关于泡沫延展性以及在不造成损坏的情况下变形泡沫的最佳温度的关键信息。

循环结果将耐久性概念扩展到多个加载循环，并通过应力-应变响应随循环的变化，提供了对局部损伤更高的敏感性。从根本上说，循环结果揭示了在单调加载下可能不明显的局部损伤演变趋势。从应用角度来看，循环结果为聚合物提供了更保守的温度和应变极限以避免失效。自由应变恢复测试有助于理解变形温度对所需驱动温度的影响，而约束应力恢复测试则量化了驱动功输出。最后，微计算机断层扫描为了解泡沫压实过程中的变形机制提供了一些见解，尽管要理解单调变形，特别是循环变形过程中的局部变形机制，显然还需要进一步的工作。

4.1 动态机械分析讨论

图3的结果用于确定热机械测试的相对测试温度。根据此图，热机械测试选择的五个关注温度分别为25、50、75、100和125°C，分别对应于室温、玻璃态、转变起始点、转变完成点和橡胶态。这提供了材料在形状记忆循环中可能遇到的整个温度范围内力学性能的图谱。在这些不同温度下的压缩测试对于未来的本构建模工作至关重要。

4.2 温度、应变和循环对恢复的影响

使用卡尺进行的恢复后分析表明，加热至玻璃化转变温度以上以引发恢复的样品实现了完全或接近完全的恢复。虽然图5(b)和图9(b)显示恢复了大量应变，但它们并未显示测试后观察到的完全恢复。对于图5(b)的情况，压缩压板的最小预载荷阻止了测试过程中的完全恢复。当使用100牛力传感器代替2千牛力传感器时，观察到这种效应，因为当最小载荷从0.5牛降至0.075牛时，恢复的应变增加了。需要这些最小载荷来保持压缩压板与样品之间的接触。在自由应变恢复测试中使用显微镜载玻片作为标记，本应消除载荷对形状恢复的影响，实际上该测试显示的应变恢复大于图5(b)。然而，该测试仍未显示将样品从加热室取出并手动测量时所观察到的完全应变恢复。这是由于在样品于加热室内发生热膨胀之前测量其高度而引入的测量误差。

图5(b)（关联到图7(c)）证实了温度对该泡沫体系应变恢复的重要性。最明显的迹象是温度高于和低于玻璃化转变温度时趋势的变化。一个意想不到的结果是，在最高温度125°C下，压缩至80%应变后，应变恢复能力反复下降。这表明该温度和应变超出了该材料恢复应变的“最佳”条件。图7的结果强化了这一点，其中材料在125°C下压缩至80%应变的循环响应与其他曲线存在显著偏差。然而，40%和60%应变对应的曲线之间差异很小，表明仅温度升高并不足以使材料性能下降。这些曲线的一般趋势，除了前述125°C下80%应变的情况外，得到了关于形状记忆聚合物泡沫循环性能的文献支持，尽管聚氨酯泡沫表现出较低的归一化应力下降。然而，循环变形导致的永久应变趋势与报道的循环变形聚氨酯的趋势非常相似。聚氨酯通常需要进行预处理，此过程可消除链的不规则性并使悬垂链松弛，这解释了形状记忆聚氨酯在最开始几个循环中的行为。环氧材料作为一种热固性材料，应对此现象较不敏感，但实验结果表明存在某些循环降解机制在起作用。未来的工作将研究形状记忆聚合物泡沫对循环加载的结构响应，以确定哪种机制导致了热固性材料的这种循环趋势。

4.3 确定形状封装的最佳温度

图6(a)中拉伸破坏应变与温度关系曲线出现的峰值是一个令人惊讶的结果。该峰值在理论上存在于弹性体材料中，并最近在其他形状记忆聚合物网络中得到证实；这并非该材料体系独有。我们推测，该峰值意味着材料和/或结构缺陷的影响在峰值温度80°C处最小化，此时材料具有足够的粘弹性来抑制聚合物中的局部损伤。这促使我们重新进行循环测试，以研究在此温度下进行压缩封装是否能提高性能。图8显示，在所有三个应变水平下，80°C下的循环加载均表现出比其他测试温度更少的永久应变。因此，拉伸破坏应变的峰值确实可以预测材料在循环加载和卸载过程中最小化损伤的最佳封装温度。有趣的是，这种增韧机制可能在形状记忆聚合物中有效使用，但在传统弹性体中则不然，因为后者需要表现出自发应变恢复，而非重新加热后的应变恢复。

4.4 封装温度对恢复的影响

形状恢复测试，特别是约束应力恢复测试，显示出对封装温度的依赖性。在图9(a)中，在100°C和125°C封装的样品之间的应力-温度曲线存在明显差异。在100°C时，材料仍处于粘弹性区域，这可以解释约束应力的增加。如前所述，封装温度影响自由应变恢复测试中的应变恢复起始点和终止点。从图7(b)可以看出，在100°C封装的样品比在125°C封装的样品具有更早的恢复起始点和更晚的恢复终止点。与约束应力恢复的差异类似，这种差异很可能归因于在100°C封装的样品的粘弹性行为。

4.5 微观结构对变形的响应

如前所述，泡沫材料具有三个变形阶段：弯曲、屈曲和致密化。图10的结果表明，环氧形状记忆聚合物泡沫的变形方式与这三个阶段一致。图10(a)中泡孔尺寸的初始小幅下降可以解释为孔壁在应力作用下发生弯曲。接下来的屈曲阶段描述了平均泡孔尺寸在10%至约45%应变范围内的快速下降。一旦所有孔壁都发生屈曲，便开始致密化，此阶段泡孔尺寸变化速率较慢，并在图9(a)的末尾可见。图10(b)中的图像支持这一点，其中主要泡孔在20-30%工程应变范围内的扫描图像中发生屈曲。当致密化在大约50%应变的扫描图像开始时，泡孔变得难以区分。

五、结论

环氧形状记忆泡沫能够从高达90%的压缩应变中恢复，具体取决于规定的热机械循环条件。 在单调加载下，应变恢复同时具有温度依赖性和应变依赖性。本工作中观察到的阈值出现在125°C和应变超过80%时，超过此阈值后，单调加载下的应变恢复能力会急剧下降。 在某些温度和应用应变下，压缩循环应变可能损伤泡沫。通过降低最大应变或将变形温度调整至使拉伸延展性最大化的温度，可以极大地最小化压缩造成的损伤。 为最小化结构损伤而封装材料的最佳温度约为80°C，该温度低于通过热机械分析中损耗角正切曲线峰值测得的玻璃化转变温度。 封装温度强烈影响无约束形状恢复的特性。 微计算机断层扫描显示，泡孔结构的变形方式与泡沫变形的数值模型预测一致。

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