形状记忆是一种材料记住其原始形状的能力，材料变形成临时形状，并通过外部刺激恢复到原始形状。已知的第一种具有这些特性的材料是形状记忆金属合金(SMAs)，它在20世纪60年代被开发出来。

形状记忆聚合物(SMPs)是一种形状记忆材料，被定义为具有以预定形状感知外部刺激并作出反应的聚合物材料，最早由法国开发，1984年在日本商业化。

聚降冰片烯、反式聚异丙二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、结晶聚乙烯、部分嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、节段聚氨酯等聚合物已被发现具有形状记忆效应。

与形状记忆合金相比，SMPs在纺织和服装及相关产品方面具有更好的潜力:对于SMPs，力学性能只能在有限的范围内进行调整，并且可以承受的最大变形约为8%。另一方面，形状记忆聚合物(SMPs)具有易成形、高形状稳定性和可调节的转变温度。形状记忆聚氨酯(SMPU)是一种与传统聚氨酯不同的聚氨酯，它具有分段结构和较大的玻璃化转变温度(Tg)范围。如果SMPU在存在机械负载的情况下，从Tg以上冷却到Tg以下，在移除负载后，聚合物中会锁定10-200%范围内的显著变形。

当聚合物被加热到超过Tg时，这些变形和原始形状都是可以恢复的。形状记忆聚合物的形状记忆效应和弹性记忆系统效应使其成为当今智能材料系统和结构的有用候选者。

SMPU的机理

形状记忆可能由热、光、电和其他刺激引起。本文讨论的形状记忆聚氨酯是热敏型聚氨酯。smpu由不相容的硬段和软段组成，在分子水平上分解形成微相分离结构。硬微相是一种富含硬段的微畴，通常为半结晶，并赋予材料刚度和增强。软段丰富的微相，负责聚氨酯的弹性行为，通常是无定形的玻璃化转变温度(Tg)低于室温。弹性模量在Tg范围内的大的可逆变化使形状发生变化和形状保持的可能性增大。

在高于玻璃化转变温度(Tg)的温度下，聚合物达到橡胶弹性状态，在t<

SMPU的微观形貌对其力学性能有很大影响。影响smpu形态的因素有很多:硬段的化学结构、组成、序列长度分布、总分子量及其分布。

普通PU和SMPU

普通聚氨酯的性质(例如，从1,6 -己烷二异氰酸酯和1,4-丁烷二醇)类似于聚酰胺。它由两种起始材料33组成，如:

一)二异氰酸盐和

b)短链乙二醇或长链聚醚或聚乙二醇。

由短链乙二醇和二异氰酸酯合成的聚氨酯具有- NH-和- oc -之间的多重氢键35，这导致了高硬度和强度，低溶解度。

另一方面，由长链、非结晶、不支化的oh -功能聚醚或聚酯(不含自由或低分子量乙二醇)与化学计量量的二异氰酸酯反应得到的PU含有约4%至7%的聚氨酯基团34。聚醚和聚酯PU的分子间作用力均为弱范德华力，因此产品硬度和强度较低，具有橡胶类性能。这两种产品只有一个阶段。普通PU的技术重要性是交联硬产品(PU硬质泡沫，非纺织涂料)。

分段聚氨酯具有形状记忆特性。形状记忆PU由三种基本原料组成，这些是a)长链聚醚或聚酯多元醇，b)二异氰酸酯和c)乙二醇或二胺(扩链剂)。二异氰酸酯和扩链剂为硬段，长链多元醇为软段。这些类型的聚氨酯的特点是分段结构(嵌段共聚物结构)，形态取决于化学成分和段(块)的长度。由于硬段和软段的热力学不相容，形状记忆聚氨酯具有微相分离结构。硬段可以通过氢键和结晶结合，使聚氨酯在熔化温度以下非常坚固。

据报道，形状记忆效应是由软段的可逆相变引起的。形状记忆效应可以通过软段的分子量、硬段和软段的摩尔比以及聚合过程来控制。形状记忆聚合物在纺织领域的典型应用有纤维和涂料等。

SMPU的特性

形状记忆效应普通聚氨酯在加热后不能完全恢复其残余的非弹性变形。相比之下，smpu可以通过将其加热到高于玻璃化转变温度(Tg) 10-20摄氏度的微布朗运动来恢复所有剩余的塑料变形，最高可达400%。

此外，还研究了这种聚合物的形状记忆影响机制、结构和性能。节段聚氨酯的形状记忆效应是由于硬块和软块形成的网状结构。硬块是由二异氰酸酯与低分子量乙二醇或二胺(扩链剂)反应形成的。硬块约占总聚合物重量的30-50%。

另一方面，软段由多元醇(低聚物)形成。这两个不同块的微相分离产生了硬块集中区域(域)，作为软块的交联点。在玻璃化转变温度(Tg)以上，网络结构容易变形，给出临时形状，当材料受热超过玻璃化转变温度时，可以恢复原来的形状。

磁导率

水蒸气渗透性的温度依赖性是有效利用这类智能材料需要考虑的重要因素。形状记忆效应可以应用于智能面料等可以控制透湿性的领域。

涂有SMPU的织物应在高温下具有较高的透气性，在低温下具有较低的透气性。

其他属性:

当SMPU由玻璃态变为橡胶态时，其杨氏模量、拉伸性能和弹性性能都发生了较大变化，可用于制衣。例如，当基于SMPU的服装在更高的温度下洗涤或在体温下穿着时，它可以恢复到原始状态(无皱纹)。其他性能，如无皱，渗透性和吸收性也可以考虑与SMPU。

形状记忆聚氨酯(SMPU)在纺织中的应用

当温度高于预定的激活点时，就会发生布朗运动。

由于这种运动，SMPU膜上产生了微孔，使水蒸气和体温逸出。由于渗透性随着温度的升高而增加，这种膜能够智能地对穿戴者身体和环境温度的变化做出反应。当温度较低时，薄膜会降低渗透性，防止热量和汗水通过它。这有助于保持体温。

这种“灵活的屏障功能”使服装能够根据温度变化智能调整其绝缘性能，确保出色的水分管理性能，并增加舒适性。因此，当形状记忆聚氨酯在服装中被激活时，在保护服装抵御极端高温或低温方面具有更大的通用性。对于服装应用，触发形状记忆效应的可逆温度应该接近体温。

SMPU可用于纺织品。188金宝搏手机版网址它们可以被层压、涂覆、涂膜、发泡，甚至直接转化为纤维。以下是文献报道的几种应用:

当形状记忆聚氨酯层压在织物上时，就形成了防水、防风、透气的智能织物。也可以将SMPU涂在织物上，使其透气性随着穿着者的环境和体温的变化而变化，从而形成军队服装的隔热和透气性的理想组合。

当体温较低时，这种面料的透气性较差，可以保持体温。当身体处于出汗状态时，它允许水蒸气逃逸到空气中，因为它的透湿性随着体温的升高而变得非常高。这将从衣服中释放热量。由于这种面料具有防水性能，所以无论天气如何，涂层或层压SMPU面料制成的服装都可以使用。形状记忆聚氨酯在纺织品中的一些应用包括:

• 保暖服
• 运动服装
• 休闲服
• 内衣
• 外套
• 手套
• 袜子
• 形状记忆纤维
• 智能织物
  

结论:

有许多关于形状记忆聚合物的报道，尽管这些聚合物已被提出用于许多用途，但其纺织应用一直受到限制;由于触发形状记忆效应的可逆温度高于体温。聚氨酯基形状记忆聚合物具有广泛的玻璃化转变温度，引起了纺织领域的兴趣。SMPU的研究还很有限。其形状记忆机理、结构与效果的关系，特别是在纺织服装领域的应用仍有发展潜力。188金宝搏手机版网址

本文原载于《新布市场》杂志8月刊，由纺织技术专家撰写。本文作者是中国香港武汉科技学院，香港理工大学纺织与服装学院教授Subrata Mondal，胡锦莲，杨卓红，刘凡和Szeto188金宝搏手机版网址