形状记忆高分子材料其在军事方面的应用前景

【摘 要】随着现代化技术的发展,军事方面对高分子材料的要求也越来越高.本文从形状记忆高分子材料的概念出发,介绍了目前形状记忆高分子材料的发展趋势,并主要分析了其在军事方面的应用前景.

【关 键 词】形状记忆；高分子材料；军事应用

1.形状记忆高分子材料简介

形状记忆高分子或形状记忆聚合物（P,ShapeMemoryPolymer）作为一种功能性高分子材料,是高分子材料研究、开发、应用的一个新分支.它是在一定条件下被赋予一定智能高分子材料的形状（起始态）,当外部条件发生变化时,它可相应地改变形状,并将其固定（变形态）.如果外部环境发生变化,智能高分子材料能够对环境刺激产生应答,其中环境刺激因素有温度、pH值、离子、电场、溶剂、反以待定的方式和规律再一次发生变化,它便可逆地应物、光或紫外线、应力、识别和磁场等,对这些刺激恢复至起始态.至此,完成记忆起始态固定变形态恢复起始态的循环.

1989年,石田正雄认为,具有形状记忆性能的高分子可看作是两相结构,即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能的可逆的固化和软化的可逆相组成.可逆相为物理铰链结构,而固定相可分为物理铰链结构和化学铰链结构,以物理铰链结构为固定相的称为热塑P,以化学铰链结构为固定相的称为热固性P.王诗任等认为,形状记忆高分子实际上是进行物理交联或化学交联的高分子,其形状记忆行为实质上是高分子的粘弹性力学行为.他们根据高分子粘弹性理论建立了一套形状记忆的数学模型.总结来说,形状记忆机理可分为：组织结构机理、橡胶弹性理论、粘弹性理论.

2.军事材料特殊性分析

未来战争是高技术条件下的战争.不仅战场环境变得更加恶劣复杂,各种类型的雷达,先进探测器以及精确制导武器的问世,对各类武器和装备构成了严重的威胁.因此,不仅军事装备的质量要求一定可靠,而且,军事装备的再生性和快速制造能力也被提到了新的高度.

军事装备系统的可靠性（TheReliabilityofArmamentssystem）是指军事装备系统在规定的时间内,预定的条件下,完成规定效能的能力.要求装备在特定的条件下长期存放和反复使用过程中,不出故障或少出故障,处于正常的使用状态,且能实现其预期效能.因此,军事材料必须拥有极强的性能和超长的工作寿命.军事装备的再生能力,指的是军事装备受到损坏后,能够迅速进行战场抢修的能力.战场再生能力是提高装备战斗力的重要组成部分.形状记忆高分子材料具有许多优异的性能,因此此类材料对于军事方面的贡献就十分明显.在前期制造方面,由于其快速恢复能力,可以在很短的时间内完成对零部件连接、整合,为战争赢得极宝贵先机时间.在对装备恢复方面,我们可以将记忆前的材料制造为较为规则,使用面积较小的部件,单一运输时可以减缩空间,从而提高运输效率,极大地提高了战场的再生能力.

3.形状记忆高分子材料在军事方面应用展望

目前,形状记忆高分子材料在军事方面的成熟应用主要体现在在战机的连接,加固,军事通讯设备,战争医疗设备等方面.

3.1战机接头连接

在军事战斗机上通常装有各种不同直径的管道,对于一些异径管接头的连接,形状记忆高分子材料可以大显身手.其大致工艺过程如下：先将形状记忆高分子材料加工成所要求的管材,然后对其加热使管材产生径向膨胀,并快速冷却,即可制得热收缩套管.应用时,将此套管套在需要连接的两个管材的接头上,再用加热器将已膨胀的套管加热至其软化点以上（低于一次成形温度）,膨胀管便收缩到初始形状,紧紧包覆在管接头上.

3.2紧固销钉

在战斗机的制造工艺中,需应用大量的连接件进行连接.采用形状记忆高分子材料制作紧固销钉,将是战斗机制造业中的一项崭新工艺技术.

（1）先将记忆材料成形为销钉的使用形状；（2）再将销钉加热变形为易于装配的形状并冷却定型；（3）将变形销钉插入欲铆合的两块板的孔洞中；（4）将销钉加热即可回复为一次成形时的形状,即将两块板铆合固定.

3.3军事通讯设备

形状记忆高分子材料在军事通讯设备方面的应用同记忆合金比较相似.后者在航空航天领域内的应用有很多成功的范例.人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作.发射人造卫星之前,将抛物面天线折叠起来装进卫星体内,火箭升空把人造卫星送到预定轨道后,只需加温,折叠的因具有“记忆”功能而自然展开,恢复抛物面形状.而高分子材料通常具有很好的绝缘性能,因此在通讯设施中不需要导电的部件中,用形状记忆高分子材料代替,以获得我们预期的目标,从而提高部队的携带能力.

3.4军事医疗设备

在需要单兵作战的特殊场合,由于单兵的辎重,装备等携带能力的限制,需要在有限的或体积下携带比较充足的医疗设施,从而为军人的生命恢复提供必要的保障.利用低温形状记忆特性的聚合物聚氨酯、聚异戊二烯、聚降冰片烯等可以制备用作矫形外科器械或用作创伤部位的固定材料,比如用来代替传统的石膏绷带.方法有2种：一是将形状记忆聚合物加工成待固定或需矫形部位形状,用热水或热吹风使其软化,施加外力使其变形为易于装配的形状,冷却后装配到待固定或需矫形部位.再加热便可恢复原状起固定作用,同样加热软化后变形,取下也十分方便；二是将形状记忆聚合物加工成板材或片材,用热水或热吹风使其软化,施加外力变形为易于装配形状,在软化状态下装配到待固定或需矫形部位,冷却后起固定作用,拆卸时加热软化取下即可.形状记忆材料与传统的石膏绷带相比具有塑型快、拆卸方便、透气舒适、干净卫生、热收缩温度低、可回复形变量大的特点,可望在矫形外科领域及骨折外固定领域得到广泛应用.

4.结束语

目前,对形状记忆材料的研究才刚刚开始,尚处于初级阶段.形形状记忆高分子材料虽然具有可恢复形变量大、记忆效应显著、感应温度低、加工成型容易、使用面广、便宜等优点,但尚存在着许多不足之处,如形变回复不完全、回复精度低等.因而,在形状记忆高分子材料的分子设计和复合材料研究等方面,还有待于进一步探索.另外,应根据现实需要开发新型的形状记忆高分子或对原有的形状记忆高分子有针对性地进行改性.因此,在今后的研究工作中,应充分运用分子设计技术及材料改性技术,努力提高材料的形状记忆性能及综合性能,开发新的材料品种,以满足不同的应用需要.另外,还应注重新材料的实际应用,早日形成工业产量,为我国的军事建设及各项国民经济建设怎么写作.

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