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形状记忆聚合物(shape memory polymers,SMPs)是指具有形状记忆效应,在外部激励条件下,能够实现大变形回复的一类高分子聚合物材料。作为一种新型智能材料(Smart Materials),形状记忆聚合物具有低密度、低造价、强回复性能和优异的加工性能等优势。在最近的30年里,形状记忆聚合物成为了学术界和工业界研究重点之一,并在纺织、医学、航空、航天、微电子等领域取得了广泛的应用。本文针对形状记忆聚合物热力学行为,提出了一种新型的形状记忆聚合物微观结构,结合粘弹性理论,建立了一种热力学粘弹性形状记忆聚合物本构模型。并制备了反1,4聚异戊二烯(TPI)形状记忆聚合物、短切碳纤维增强TPI形状记忆聚合物复合材料和短切碳纤维/纳米颗粒/TPI形状记忆聚合物混杂复合材料,并对其力学性能和形状记忆性能进行了测试与分析。首先,借鉴半结晶聚合物微观结构,提出了一种新型的形状记忆聚合物微观结构,并建立了一种热力学粘弹性形状记忆聚合物本构模型。这个模型清晰地描述了冷却和加热过程中形状记忆聚合物的热学和力学性质的变化过程,并且预估了不可恢复变形的应变值。这种新的热力学粘弹性模型由机械和热力学两部分组成。给出了一种新型的冻结相转变方程,这个方程考虑了相变延迟时间和降温/升温速率对相变转换的影响。基于冻结相转变方程,导出了一种新型转换方程用来描述形状记忆聚合物热力学膨胀系数的变化。最后,利用该新型热力学粘弹性本构模型估算了典型的热力学循环试验过程。通过计算结果和试验结果的对比,对新型热力学粘弹性本构模型的合理性和准确性进行了验证。其次,开发了一种新型的形状记忆聚合物制备工艺,制备了 TPI形状记忆聚合物试件,并通过DSC试验、形状记忆试验、力学拉伸试验和热力学循环试验对TPI形状记忆聚合物的热力学性能和形状记忆特性进行分析。再次,研发了一种新型的短切碳纤维增强TPI形状记忆聚合物的制备工艺。采用该工艺,本文制备了短切碳纤维质量分数分别为5%,7%,9%,11%和13%的TPI形状记忆聚合物复合材料,并针对质量分数和温度对TPI形状记忆聚合物的影响进行了研究。本文采用了新型的“折叠—展开”测试法对形状记忆聚合物的形状记忆性能进行测试,并通过静态拉伸试验、机械循环试验和热力学循环试验对TPI形状记忆聚合物的力学性能进行了研究。此外,显微照片也用来表征TPI形状记忆聚合物复合材料的断裂界面。最后,制备了短碳纤维质量分数为7%、纳米氧化铝颗粒质量分数分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的TPI形状记忆聚合物/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料。通过静态拉伸试验、热力学循环试验对不同纳米氧化铝颗粒含量的聚合物TPI/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料进行了测试与分析,并对不同氧化铝颗粒含量对聚合物TPI/碳纤维/纳米颗粒混杂复合材料的形状记忆特性的影响进行了分析和研究。