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【關鍵詞】形狀記憶；高分子材料；軍事應用

1.形狀記憶高分子材料簡介

形狀記憶高分子或形狀記憶聚合物（SMP，Shape Memory Polymer）作為一種功能性高分子材料，是高分子材料研究、開發、應用的一個新分支。它是在一定條件下被賦予一定智能高分子材料的形狀（起始態），當外部條件發生變化時，它可相應地改變形狀，并將其固定（變形態）。如果外部環境發生變化，智能高分子材料能夠對環境刺激產生應答，其中環境刺激因素有溫度、pH值、離子、電場、溶劑、反以待定的方式和規律再一次發生變化，它便可逆地應物、光或紫外線、應力、識別和磁場等，對這些刺激恢復至起始態。至此，完成記憶起始態固定變形態恢復起始態的循環。

1989年 ，石田正雄認為 ，具有形狀記憶性能的高分子可看作是兩相結構 ，即由記憶起始形狀的固定相和隨溫度變化能的可逆的固化和軟化的可逆相組成。可逆相為物理鉸鏈結構 ，而固定相可分為物理鉸鏈結構和化學鉸鏈結構，以物理鉸鏈結構為固定相的稱為熱塑SMP，以化學鉸鏈結構為固定相的稱為熱固性SMP。王詩任等認為 ，形狀記憶高分子實際上是進行物理交聯或化學交聯的高分子，其形狀記憶行為實質上是高分子的粘彈性力學行為。他們根據高分子粘彈性理論建立了一套形狀記憶的數學模型。總結來說，形狀記憶機理可分為：組織結構機理、橡膠彈性理論、粘彈性理論。

2.軍事材料特殊性分析

未來戰爭是高技術條件下的戰爭。不僅戰場環境變得更加惡劣復雜，各種類型的雷達，先進探測器以及精確制導武器的問世，對各類武器和裝備構成了嚴重的威脅。因此，不僅軍事裝備的質量要求一定可靠，而且，軍事裝備的再生性和快速制造能力也被提到了新的高度。

軍事裝備系統的可靠性（The Reliability of Armaments system）是指軍事裝備系統在規定的時間內，預定的條件下，完成規定效能的能力。要求裝備在特定的條件下長期存放和反復使用過程中，不出故障或少出故障，處于正常的使用狀態，且能實現其預期效能。因此，軍事材料必須擁有極強的性能和超長的工作壽命。軍事裝備的再生能力，指的是軍事裝備受到損壞后，能夠迅速進行戰場搶修的能力。戰場再生能力是提高裝備戰斗力的重要組成部分。形狀記憶高分子材料具有許多優異的性能，因此此類材料對于軍事方面的貢獻就十分明顯。在前期制造方面，由于其快速恢復能力，可以在很短的時間內完成對零部件連接、整合，為戰爭贏得極寶貴先機時間。在對裝備恢復方面，我們可以將記憶前的材料制造為較為規則，使用面積較小的部件，單一運輸時可以減縮空間，從而提高運輸效率，極大地提高了戰場的再生能力。

3.形狀記憶高分子材料在軍事方面應用展望

目前，形狀記憶高分子材料在軍事方面的成熟應用主要體現在在戰機的連接，加固，軍事通訊設備，戰爭醫療設備等方面。

3.1戰機接頭連接

在軍事戰斗機上通常裝有各種不同直徑的管道， 對于一些異徑管接頭的連接， 形狀記憶高分子材料可以大顯身手。其大致工藝過程如下： 先將形狀記憶高分子材料加工成所要求的管材， 然后對其加熱使管材產生徑向膨脹， 并快速冷卻， 即可制得熱收縮套管。應用時， 將此套管套在需要連接的兩個管材的接頭上，再用加熱器將已膨脹的套管加熱至其軟化點以上（低于一次成形溫度）， 膨脹管便收縮到初始形狀，緊緊包覆在管接頭上。

3.2緊固銷釘

在戰斗機的制造工藝中， 需應用大量的連接件進行連接。采用形狀記憶高分子材料制作緊固銷釘，將是戰斗機制造業中的一項嶄新工藝技術。

（1）先將記憶材料成形為銷釘的使用形狀；（2）再將銷釘加熱變形為易于裝配的形狀并冷卻定型；（3）將變形銷釘插入欲鉚合的兩塊板的孔洞中；（4）將銷釘加熱即可回復為一次成形時的形狀， 即將兩塊板鉚合固定。

3.3軍事通訊設備

形狀記憶高分子材料在軍事通訊設備方面的應用同記憶合金比較相似。后者在航空航天領域內的應用有很多成功的范例。人造衛星上龐大的天線可以用記憶合金制作。發射人造衛星之前，將拋物面天線折疊起來裝進衛星體內，火箭升空把人造衛星送到預定軌道后，只需加溫，折疊的衛星天線因具有“記憶”功能而自然展開，恢復拋物面形狀。而高分子材料通常具有很好的絕緣性能，因此在通訊設施中不需要導電的部件中，用形狀記憶高分子材料代替，以獲得我們預期的目標，從而提高部隊的攜帶能力。

3.4軍事醫療設備

在需要單兵作戰的特殊場合，由于單兵的輜重，裝備等攜帶能力的限制，需要在有限的或體積下攜帶比較充足的醫療設施，從而為軍人的生命恢復提供必要的保障。利用低溫形狀記憶特性的聚合物聚氨酯、聚異戊二烯、聚降冰片烯等可以制備用作矯形外科器械或用作創傷部位的固定材料，比如用來代替傳統的石膏繃帶。方法有2種：一是將形狀記憶聚合物加工成待固定或需矯形部位形狀，用熱水或熱吹風使其軟化，施加外力使其變形為易于裝配的形狀，冷卻后裝配到待固定或需矯形部位。再加熱便可恢復原狀起固定作用，同樣加熱軟化后變形，取下也十分方便；二是將形狀記憶聚合物加工成板材或片材，用熱水或熱吹風使其軟化，施加外力變形為易于裝配形狀，在軟化狀態下裝配到待固定或需矯形部位，冷卻后起固定作用，拆卸時加熱軟化取下即可。形狀記憶材料與傳統的石膏繃帶相比具有塑型快、拆卸方便、 透氣舒適、干凈衛生、熱收縮溫度低、可回復形變量大的特點，可望在矯形外科領域及骨折外固定領域得到廣泛應用。

4.結束語

目前，對形狀記憶材料的研究才剛剛開始，尚處于初級階段。形形狀記憶高分子材料雖然具有可恢復形變量大、記憶效應顯著、感應溫度低、加工成型容易、使用面廣、價格便宜等優點，但尚存在著許多不足之處，如形變回復不完全、回復精度低等。因而，在形狀記憶高分子材料的分子設計和復合材料研究等方面，還有待于進一步探索。另外，應根據現實需要開發新型的形狀記憶高分子或對原有的形狀記憶高分子有針對性地進行改性。因此， 在今后的研究工作中， 應充分運用分子設計技術及材料改性技術， 努力提高材料的形狀記憶性能及綜合性能， 開發新的材料品種， 以滿足不同的應用需要。另外， 還應注重新材料的實際應用， 早日形成工業產量，為我國的軍事建設及各項國民經濟建設服務。

【參考文獻】

[1]張福強.形狀記憶高分子材料.高分子通報，1993，（1）：34-37.

[2]石田正雄.形狀記憶樹脂[J].配管技術，1989，31（8）：110-112.

[3]王詩任，呂智，趙維巖，等.熱致形狀記憶高分子的研究進展[J].高分子材料科學與工程，2000，16（1）：1-4.

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關鍵詞：超細纖維；生產技術；研究進展

1 超細纖維概述

隨著纖維技術的發展，纖維的功能得到了大幅的提高，對纖維的功能性和舒適性等的要求也越來越高，同時非服裝行業對織物特殊性能的要求，促進了功能纖維比重的增加。目前，超細纖維紡織品在醫學、環保、能源、人體防護和衛生保健等領域得到了廣泛的應用[1]。纖維直徑是衡量纖維細度最具可比性的物理量，但實際應用中常采用線密度表征纖維細度（ρl）。線密度定義為“質量除以長度”，單位特[克斯]，符號tex。1km長纖維的質量為1g時，稱該纖維的線密度為1特[克斯]，即1tex=1g/km。一般而言，單纖維線密度為0.1～1.0分特[克斯]（dtex）的纖維屬于超細纖維。纖維越細越表現出優異的性能。主要歸納如下：（1）線密度相同的復絲或紗線，其單纖維根數越多成紗能力越高；（2）單纖維密度越小，抗彎曲剛度越低，紗線及織物的手感越柔軟；（3）單纖維直徑越小，纖維比表面積越大，吸附性增強，去污力、過濾性能好，毛細效應強；（4）單纖維直徑越小，單位面積織物的密度越高，織物保暖性越好，具有防水透氣性。但是單纖維線密度較小也帶來一些缺點，如染整加工時上染速度快、染料吸收量大，但顯色性、染色牢度差。

2 超細纖維生產技術

目前比較成熟的超細纖維制造方法見表1[2]。生產方法決定了

纖維線密度的大小，常規紡絲法得到的超細纖維線密度為0.30～1.0dtex，物理（或化學）剝離法可制得0.10～0.50 dtex的超細纖維，復合海島法可得到0.03～0.06 dtex的超細纖維，共混海島法可得到0.0003～0.0008 dtex的超細纖維。

3 超細纖維的應用

超細纖維具有許多優異的特性，如彎曲剛度很小、有較大的比表面積、直徑小（可制成超高密織物），因而應用廣泛，可用于人工皮革、紡織品、隔膜材料、醫用材料等眾多領域。然而超細纖維還有許多特性未被發現，因此還有許多應用有待開發。根據超細纖維的特性，可將它們的用途簡單歸納如下（見表2）[2]：

4 超細纖維研究進展

超細纖維的發展是從復合紡絲技術的成功開始的，分為三個階段[2]：第一階段為20世紀70年代，主要研究內容是如何制造超細纖維；第二階段是1981年至1985年期間，該階段主要研究開發超細纖維的實際應用，為超細纖維的商品應用開發階段；第三階段從1986年后至今，主要是研究和發掘超細纖維功能的時代，由于超細纖維的纖維細度對其功能有很大的影響。因此，該階段也有很多工作是以如何獲得更細的纖維為目的展開的。盡管人們對超細纖維的認知在不斷的加深，但仍然有很多特性未被知曉。

近年來，隨著納米技術的發展及其應用領域的不斷擴展，使得納米纖維技術也成為國內外學者的研究熱點。納米纖維是指直徑在納米尺寸（1～100nm）范圍內的纖維。目前，納米纖維的制備方法有多種，包括拉伸法、微相分離法、自組裝法、AAO模板法、靜電紡絲法等，但是除靜電紡絲法外，其它納米纖維制備方法無法直接、連續制備納米纖維，難以工業化量產，且制備的纖維直徑通常在500nm以上，而靜電紡絲則能制備出最小直徑達1nm的超細纖維。

國外關于靜電紡絲的研究起步較早，主要集中在紡絲條件、裝置和方法的創新、理論模型的建立等方面。Deitzel等[3]研究了包括紡絲液濃度、紡絲電壓等在內的工藝參數對靜電紡納米纖維外觀形貌的影響，證明了靜電紡納米纖維織物的宏觀形貌和靜電力場效應有關系。Reneker等[4]研究了各工藝參數（包括固化距離、表面張力、聚合物濃度、粘度、溶液密度等）對射流半徑的影響。國內關于靜電紡絲的研究開始于2002年，著重于工藝參數對纖維外觀形貌和直徑的影響研究。傅杰財等[5]研究了靜電紡絲中控制纖維形貌的方法，發現可通過控制有溶劑揮發速率和溶液相分離速率而達到控制纖維形貌的目的。高曉艷等[6]利用靜電紡絲方法制備了聚酰胺6（PA

6）納米纖維復合材料，能夠有效地改善傳統過濾材料的過濾效率。

5 結束語

生物仿生、智能傳感超細纖維材料具有很好的應用前景，將成為研究及應用的熱點。隨著靜電紡絲技術的發展和普及，具有納米、微米級尺度的超細纖維的制備變得更為簡易、性能可控，具有廣闊的發展前景。

參考文獻

[1]侯琳熙，韓玉平，魏丹毅，等.超細纖維的功能性應用及生產現狀[J].山東紡織經濟，2007（3）：84-86.

[2]張大省，王銳.超細纖維發展及其生產技術[J].北京服裝學院學報（自然科學版），2004，24（2）：62-68.

[3]Deitzel J M， Harris D， et al. The effect of processing variables on the morphology of electrospun nanofibers and textiles [J]. Polymer，2001，42（1）：261-272.

[4]Reneker D H， Yarin A L， et al. Bending instability of electrically charged liquid jets of polymer solutions in electrospinning [J]. Journal of Applied Physics， 2000， 87（9）：4531-4547.

[5]傅杰財.靜電紡絲中形貌控制及其應用[D].蘭州大學，2014.