TiNi合金_环氧树脂形状记忆复合材料制备及性能研究.pdf

哈尔滨工业大学硕士学位论文

摘要

随着科技的不断发展，智能材料在各个领域的应用变得越来越广泛。其中，

TiNi形状记忆合金因其独特的形状记忆效应、超弹性等特性，已经在众多领域

如医疗、航天、机械等方面得到了广泛应用。形状记忆环氧树脂则因其良好的

变形性、加工性、粘接性等特性，在工业领域有着重要的应用前景。尽管TiNi

合金和环氧树脂各自具有出色的性能，但是在某些应用中，单一材料往往难以

满足复杂且多变的需求。因此，结合TiNi合金和环氧树脂的优点，制备TiNi

合金丝/环氧树脂形状记忆复合材料，具有重要的实际意义。

本研究详细探讨了TiNi形状记忆合金与4,4-二氨基二苯砜（DDS）作为

固化剂，聚丙二醇二缩水甘油醚（PPGDGE）作为增韧剂的E-51形状记忆环

氧树脂体系（EP/DDS），以及二乙烯三胺（DTA）作为固化剂，PPGDGE为增

韧剂的E-51形状记忆环氧树脂体系（EP/DTA）的特性，旨制备高性能的形状

记忆复合材料并优化其各项性能。首先，测试了TiNi合金丝的形状记忆性能，

发现：6%预应变的TiNi合金可保持98%以上的形状回复率，并在180℃时达

到2000MPa的回复力。其次，制备了EP/DDS和EP/DTA形状记忆环氧树脂

体系，研究发现，加入增韧剂PPGDGE，可以显著提升这两个树脂体系的形状

回复率，使材料更快地恢复到其初始形状。改变增韧剂含量可以调控树脂体系

的变形温度，各体系的形状固定率和形状回复率都可以达到99%。

进一步，本研究基于环氧树脂的玻璃化转变温度与TiNi合金丝的相变温

度之间的不同匹配，实现了复合材料不同的形状记忆性能。将TiNi合金丝与

E60-P40/DDS70树脂体系结合，制备出的复合材料具备单向形状记忆性能，复

合材料在5A电流下能产生4.1N的回复力，120s内即可完成形状回复。而将

TiNi合金与E70-P30/DTA树脂体系结合制备的复合材料，则表现出双向形状

记忆性能。选定130℃和55℃作为高温形状和低温形状的启动温度，可使复

合材料的弯曲角度从144°变形到175°，实现双向可逆形状回复。通过缓慢降

温的方法，复合材料能够保持在弯曲角度为165°的形状，即在室温下能一定程

度上保留高温形状，且此过程不会影响其双向形状回复的性能。本研究可为形

状记忆复合材料的设计和制备提供新的思路和方法。

关键词：TiNi形状记忆合金；形状记忆环氧树脂；形状记忆复合材料

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哈尔滨工业大学硕士学位论文

Abstract

Advancementsinscienceandtechnologyhaveexpandedtheapplicationof

smartmaterialsacrossvarioussectors.TiNishapememoryalloyisonesuch

example,widelyutilizedduetoitsuniqueshapememoryeffectandsuperelasticity

infieldslikemedicine,aerospace,andmachinery.Anotherexampleisshape

memoryepoxyresin,valuedforitsexcellentdeformability,processability,and

adhesion,offeringconsiderablepotentialforindustrialapplications.Althoughboth

TiNialloyandepoxyresindemonstrateremarkableproperties,theirstandalone

application