专利名称：具有多种形状记忆效应的聚合物系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及的领域包括聚合材料，更具体地说涉及形状记忆聚合材料系 统，这些系统能够固定到多个变形的临时形状并且仅在外部刺激下恢复到其原始形状。
背景技术：
形状记忆聚合物(SMP)是响应型聚合物的代表，其能够固定到变形的临时形状并 且仅在外部刺激下恢复到其永久(原始)形状。
发明内容
一个示例性实施方式可包括聚合物材料系统，该聚合物材料系统可包括多层结构 中的具有不同的形状记忆转变温度的多个SMP层，以实现和设计多种形状记忆效应。更具体地说，一个示例性实施方式可包括独立合成的两个分离的聚合物，每个聚 合物具有各自特定的两种形状记忆效应(DSME)。这两种材料随后被联接在一起，以形成表 现出三种形状记忆效应(TSME)的双层聚合材料。在示例性实施方式中形成层的这两种聚 合材料具有良好的独立热转变、牢固的接合以及层间的模量和重量的适当平衡，以实现可 靠的TSME。在另一个示例性实施方式中，双层聚合材料的两种独立聚合物材料中的每种可通 过不同的外部刺激独立地激活，以实现TSME。这些外部刺激包括热(即温度)、磁场、光和
/或湿气。(1)本发明提供一种聚合物系统，该聚合物系统包括第一聚合材料层；和第二聚 合材料层，所述第二聚合材料层联接到所述第一聚合材料层以形成双层聚合材料；其中，所 述第一聚合材料层响应第一外部刺激，以使所述双层聚合材料在原始形状与至少两个临时 形状之间转变，而不会使所述第一聚合材料层与所述第二聚合材料层之间发生分层；其中， 所述第二聚合材料层响应第二外部刺激，以使所述双层聚合材料在原始形状与至少两个临 时形状之间转变，而不会使所述第一聚合材料层与所述第二聚合材料层之间发生分层；其 中，所述第一外部刺激不同于所述第二外部刺激。(2)如方案(1)所述的聚合物系统，进一步包括向所述双层聚合材料施加所述第 一外部刺激，并使所述双层聚合材料在第一应力下从所述原始永久形状变形到所述至少两 个临时形状中的第一个；和在维持所述双层聚合材料处于所述第一应力下的同时去除所述 第一外部刺激。(3)如方案(2)所述的聚合物系统，进一步包括从所述双层聚合材料去除所述第 一应力，以使所述双层聚合材料从所述原始形状转变为所述至少两个临时形状中的所述第一个。
(4)如方案(3)所述聚合物系统，进一步包括向所述双层聚合材料施加所述第二 外部刺激，同时使所述双层聚合材料在第二应力下变形，以使所述双层聚合材料从所述至 少两个临时形状中的所述第一个转变为所述至少两个临时形状中的第二个，其中，所述第 二外部刺激不同于所述第一外部刺激；和在维持所述双层聚合材料处于所述第二应力下的 同时去除所述第二外部刺激。(5)如方案(4)所述的聚合物系统，进一步包括从所述双层聚合材料去除所述第 二应力，以使所述至少两个临时形状中的所述第一个转变为所述至少两个临时形状中的所 述第二个。(6)如方案(5)所述的聚合物系统，进一步包括在不存在应力的情况下施加所述 第一外部刺激，以使所述双层聚合材料从所述至少两个临时形状中的所述第二个恢复到所 述至少两个临时形状中的所述第一个。(7)如方案(6)所述的聚合物系统，进一步包括在不存在应力的情况下施加所述 第二外部刺激，以使所述双层聚合材料从所述至少两个临时形状中的所述第一个恢复到所 述原始形状。(8)如方案⑴所述的聚合物系统，其中，所述第一外部刺激包括由温度、磁场、光 或湿气组成的集合中的至少一个。(9)如方案⑶所述的聚合物系统，其中，所述第二外部刺激包括由温度、磁场、光 或湿气组成的集合中的至少一个。(10)如方案(1)所述的聚合物系统，其中，所述第一聚合材料层包括环氧热固性 聚合材料。(11)如方案(10)所述的聚合物系统，其中，所述第一聚合材料层的所述环氧热固 性聚合材料包括刚性芳族二环氧化物、柔性脂二环氧化物和脂二胺。(12)如方案(1)所述的聚合物材料，进一步包括至少一个附加聚合材料层，所述 至少一个附加聚合材料层联接到所述双层聚合材料以形成多层聚合材料，其中，所述至少 一个附加材料层的至少一个层响应第三外部刺激，以使所述多层聚合材料在所述原始形状 与至少两个不同的临时形状之间转变，而不会使所述多层聚合材料的任何联接的层之间发 生分层，其中，所述第三外部刺激与所述第一外部刺激或所述第二外部刺激不同。(13)如方案(12)所述的聚合物系统，其中，所述第三外部刺激与所述第一外部刺 激和所述第二外部刺激都不相同。(14)如方案(12)所述的聚合物系统，其中，所述第三外部刺激包括由温度、磁场、 光或湿气组成的集合中的至少一个。(15)如方案(13)所述的聚合物系统，其中，所述第三外部刺激包括由温度、磁场、 光或湿气组成的集合中的至少一个。(16)本发明还提供一种用于形成聚合物系统的方法，所述聚合物系统具有至少三 种形状记忆效应，所述方法包括选择响应第一外部刺激的第一聚合材料；选择第二聚合 材料，其中，所述第二聚合材料响应第二外部刺激，所述第二外部刺激不同于所述第一外部 刺激；通过具有期望厚度和期望模量的所述第一聚合材料形成第一聚合材料层；通过具有 期望厚度和期望模量的所述第二聚合材料形成第二聚合材料层；将所述第一聚合材料层联 接到所述第二聚合材料层以形成双层聚合材料，其中，所述双层聚合材料能够通过施加所述第一外部刺激或者施加所述第二外部刺激在原始永久形状、第一临时形状和第二临时形 状之间转变，而不会使所述第一聚合材料层与所述第二聚合材料层之间发生分层。(17)如方案(16)所述的方法，进一步包括通过下述步骤使所述双层聚合材料从 所述原始形状转变为所述第一临时形状向所述双层聚合材料施加所述第一外部刺激，并 使所述双层聚合材料在第一应力下从所述原始永久形状变形到所述第一临时形状；和在维 持所述双层聚合材料处于所述第一应力下的同时去除所述第一外部刺激。(18)如方案(17)所述的方法，进一步包括通过下述步骤使所述双层聚合材料从 所述第一临时形状转变为所述第二临时形状在第二应力下向所述双层聚合材料施加所述 第二外部刺激，以使所述双层聚合材料从所述第一临时形状转变为所述第二临时形状；和 在维持所述双层聚合材料处于所述第一应力下的同时去除所述第二外部刺激。通过下面提供的详细描述，本发明的其它示例性实施方式将变得明显。应该理解 的是，尽管公开了本发明的示例性实施方式，但该详细描述和具体示例仅用于说明目的，并 非旨在限制本发明的范围。
通过该详细描述和附图，将会更充分地理解本发明的示例性实施方式，附图中图IA为根据一个示例性实施方式的具有三种形状记忆效应且处于其原始形状的 双层聚合材料的示意性立体图；图IB为从其原始永久形状转变到第一临时形状的图IA中的双层聚合材料的示意 性立体图；图IC为从其第一临时形状转变到第二临时形状的图IA中的双层聚合材料的示意 性立体图；图ID为从其第二临时形状返回到其第一临时形状的图IA中的双层聚合材料的示 意性立体图；图IE为从其第一临时形状返回到其原始永久形状的图IA中的双层聚合材料的示 意性立体图；图2A示出了根据示例性实施方式的环氧SMP聚合物L的两种形状记忆周期曲线；图2B示出了根据示例性实施方式的环氧SMP聚合物H的两种形状记忆周期曲线；图3A示出了根据示例性实施方式的双层聚合物材料BE2的动态机械分析曲线；图3B示出了根据示例性实施方式的双层聚合物材料BE3的动态机械分析曲线；图4A示出了根据示例性实施方式的双层聚合物材料BE2的三种形状记忆周期的 图形分析；图4B示出了根据示例性实施方式的双层聚合物材料BE3的三种形状记忆周期的 图形分析；图5A为根据一个示例性实施方式的处于其永久原始形状的双层聚合材料BE3的 示意性立体图；图5B为从其原始永久形状转变到第一临时形状的图5A中的双层聚合材料BE3的 示意性立体图；图5C为从其第一临时形状转变到第二临时形状的图5A中的双层聚合材料BE3的示意性立体图；图5D为从其第二临时形状返回到其第一临时形状的图5A中的双层聚合材料BE3 的示意性立体图；和图5E为从其第一临时形状返回到其原始永久形状的图5A中的双层聚合材料BE3 的示意性立体图。
具体实施例方式下面对实施方式的描述本质上仅为示例性(描述性)的，并非旨在限制本发明、其 应用或用途。首先参见图1A-1E，其中示出了处于其原始永久形状(图IA和IE中的20A所示)、 第一临时形状(图IB和ID中的20B所示)和第二临时形状(图IC中的20C所示)的具 有三种形状记忆效应(TSME)的双层聚合物材料20的总体形式。由BE3指代的具有TSME 的双层聚合材料40的示例性实施方式将在下面的图5A-5E中被描述。双层聚合物材料20可包括第一材料层22，该第一材料层22联接到第二材料层 24。在图IA中，双层聚合物材料20被示出为处于其永久形状20A。根据定义，永久原始形 状20A为双层聚合物材料20在不具有如下面在图1B-1D中描述的负载下的变形和不具有 高温的情况下所保持的形状。在图IB中，永久形状20A可被加热到第一高温Thigh,随后在应力下变形以产生第 一临时形状20B，该第一临时形状20B为可见外观与永久形状20A不同的形状。根据定义， 第一高温Thigh为足够高以确保第一聚合物材料层22和第二聚合物材料层24进行相变的温 度(即在第一聚合物材料层22和第二聚合物材料层24中的聚合物材料的玻璃态转变温度 (Tg)以上的温度)。双层聚合物材料20然后可在应力下冷却到中间温度Tmid，其中应力可 被释放以固定第一临时形状20B。根据定义，中间温度Tmid为在两个聚合物材料层22或24 中的一个的玻璃态转变温度(glass transition temperature)以下但在两个聚合物材料 层22或24中的另一个的玻璃态转变温度以上的温度。接着，如图IC所示，第一临时形状20B可在中间温度Tmid时在应力下变形，以形成 第二临时形状20C。第二临时形状20C随后可在应力下冷却到低温TlOT。根据定义，温度T1ot 在与聚合物材料层22和24对应的聚合物材料的玻璃态转变温度Tg以下。接着，去除应力 以产生第二临时形状20C。如图ID所示，为了从第二临时形状20C恢复到第一临时形状20B，双层聚合物材料 20可在不具有应力的情况下从低温Tlw被重新加热到中间温度Tmid。最后，如图IB所示，为了从第一临时形状20B恢复到永久形状20A，双层聚合物材 料20可在不具有应力的情况下从中间温度Tmid被重新加热到第一高温Thigh。为了实现如上面在图1A-1E中所述的TSME，双层材料20可包括特定的形成准则。首先，第一材料层22和第二材料层24可具有良好的独立热转变。良好的独立热 转变是从玻璃态转变温度Tg以及双层材料20如何能够在动态机械分析曲线(DMA曲线)上 被特征化方面来定义的，该特征用于测量双层材料在给定温度下的储能模量。良好的独立 热转变能够被实现，其中双层材料20的DMA曲线具有在第一材料层22和第二材料层24的 Tg之间的储能模量的中间稳态、在比第一材料层22和第二材料层24的！；低的温度下的较
7高稳态和在第一材料层22和第二材料层24的Tg以上的温度下的较低稳态。并且，第一材料层22可在双层材料20被使用期间的大范围温度内经历与第二材 料层24的牢固接合，具体包括双层材料20可在其永久形状20A、其第一临时形状20B和其 第二临时形状20C之间转变的温度，如下面将进一步描述的那样。换言之，第一材料层22和 第二材料层24可被牢固地彼此粘合，以便无论双层材料20处于其永久形状20A、其第一临 时形状20B或其第二临时形状20C下防止出现分层。该牢固的接合可以由粘接领域的普通 技术人员已知的两个表面之间的众多粘合现象导致，包括但不限于共价键合、非共价键合， 以及当第一材料层22被联接到第二材料层24时可发生的机械粘合。进一步，第一聚合材料层22和第二聚合材料24可具有层22和24之间的合适的 模量与重量比平衡，以实现优化的TSME。理论上，很多种聚合材料可用于形成双层聚合材料20。在一个示例性实施方式中，刚性芳族二环氧化物(ΕΡ0Ν 826)、柔性脂二环氧化物 (NGDE)和脂二胺(Jeffamine D-230)可被用于形成用作形状记忆聚合物(SMP)的环氧热 固性双层聚合材料20。该形成的一个示例性实施方式包括在下面描述的实验部分中。并 且，下面将说明在图4B和5A-5E中处于其永久形状和临时形状的一个具体示例性实施方式 BE3。通过改变EPON 826和NGDE之间的比率，对分别用于第一聚合材料层和第二聚合 材料层的具有不同的总摩尔硬度的两个环氧双形状SMP进行合成。这两个环氧SMP聚合物 (以L和H标注)分别具有38摄氏度和75摄氏度的玻璃态转变温度(Tg)(基于它们在DMA 曲线中的储能模量)。这里，样本名称L和H表示其相对的低Tg和高Tg。现在参见图2A和2B，其中分别示出了聚合物L和H的两种形状记忆周期中的每 个。在这些图中，聚合物在环境温度下和不带负载(应力)的情况下被形成为特定形状(即 处于其永久形状)。聚合物随后在逐渐增加的应力下被加热到其各自的玻璃态转变温度以 上的温度，直到实现期望的应变(如沿着线(1)所示)为止，以将聚合物的形状从其原始永 久形状改变为临时形状。原始永久形状为表现出没有应变(不考虑施加到其上的温度或应 力)的聚合材料的形状；而临时形状为与原始形状(不考虑施加实现其上的温度或应力) 相比表现出增加的应变的形状。聚合物随后在维持其各自的应变的同时被冷却到其各自的玻璃态转变温度以下 的温度(如沿着线⑵所示)。接着，如沿着线⑶所示，各个聚合物上的应力被释放，但不 减小应变，因此确认该聚合物被保持在其临时形状。最后，聚合物在不存在应力的情况下被 加热回到其玻璃态转变温度以上的温度，如沿着线(4)所示。聚合物回复到其原始形状，如 确认的那样，其中聚合物上的应变恢复到0%应变。因此，图2A和2B确认了聚合物L和H 中的每个都显示出具有形状固定性和大约100%恢复性的两种形状记忆特性。相应地，由不同重量比的聚合物层L和聚合物层H构成的四个双层环氧聚合物 (分别标注为BE1、BE2、BE3和BE4)通过使用两步固化过程而被合成。BE2的DMA曲线(图 3A)示出了分别对应于环氧L和H的两个玻璃态转变(Tg(L)和Tg(H))。这两个玻璃态转变为 优良的独立转变，其导致介于50摄氏度与65摄氏度之间的储能模量的稳态(Tplat(Mid))， 以及在环氧!^的Tg以下和环氧H的Tg以上的两个稳态(Tplat(L)和Tplat(H))。除了其各自 的与中间稳态对应的储能模量根据样本中的L和H的重量比而变化之外，BE3(图3)、BEl和BE4(未示出)的DMA曲线显示出相似的特征。表1三种形状记忆特性的综述
样本标识重量比 (L/H)Rf (A —B) (%)Rf (B —C) (%)Rr(C-B) (%)Rr (B —A) (%)BEl2. 7876. 496. 491. 599. 0BE22. 6178. 293. 898. 3100. 0BE31. 2795. 683. 392. 8103. 6BE40. 4497. 471. 492. 598. 7H0100. 098. 6LOO100. 0100. 8BE2的三种形状记忆周期示出在图4A中。在两步形状固定过程中，永久形状A首 先被加热到Thigh(约90摄氏度，在环氧H的Tg以上)并变形。在应力下冷却到Tmid(约56 摄氏度，落在DMA曲线的中间稳态的中间)，并且释放固定临时形状B的应力，对应于εΒ。 在第二固定步骤中，形状B在更大的应力下进一步变形，并且被冷却到T1ot(约20摄氏度)。 在冷却之后释放应力得到临时形状C ( ε c)。这里，Tmid下的H和T1ot下的L分别负责固定形 状B和C。为了恢复，形状C被加热到Tmid，产生恢复形状Β(εΒ_)。恢复形状B保持稳定， 直到温度被进一步增加到Thigh为止，得到恢复形状A ( ε Arec)。在相同的热机械条件下，使用 相同的样本和没有显著差异的形状记忆曲线，再将三种形状记忆周期多重复两次。在性质上，双层样本BEl、BE3和BE4还显示出三种形状记忆能力。为了比较，BE3 的三种形状记忆周期以图形化显示在图4B和描绘在下面的图5A-5E中。图4A和4B之间 可注意到的差异在于，针对BE3使用了小很多的应力来变形和固定形状C (如图5C中的40C 所示)，这归因于其在Tmid下的储能模量比BE2小。所有双层聚合物系统的量化的三种形 状记忆特性(形状固定性Rf和形状恢复性艮)在在上面的表1中被总结。该表中的数据显 示出Rf (A — B)随着环氧L和环氧H的重量比的减小而增加(在该具体顺序中为从BEl到 BE4)，而Rf(B —C)具有相反的趋势。这种趋势可由被视为L和H之间的“扳手腕”比赛的 机制来解释。在Tmid下的形状固定(A —B)的第一阶段，固定依赖于H层的分子移动性的 凝固，而L层倾向于保持其原始形状，因此对双层聚合物的形状固定不利。而在T1ot下发生 的形状固定(B —C)的第二阶段则情况相反，即固定依赖于L层，而H层具有保持形状B的 趋势。总之，双层聚合物的形状固定性由两层之间的重量比和它们在对应的形状固定温度 下的模量来确定。对于形状恢复，表1中的所有R。值高于91%，表明它们在所有情况下都 恢复良好。与双层聚合物系统BE1、BE2、BE3和BE4相关的TSME受益于两个环氧层之间的牢固接合。第一固化环氧层(用于聚合物L)表面上的未反应环氧基或芳基继续与固化在其 上的第二环氧流体(用于聚合物H)反应，产生牢固的接合。如果没有牢固的接合，双层聚 合物合成体BE1、BE2、BE3或BE4可能不会表现出TSME，而是可能在形状记忆周期期间发生 分层。在原理上，假设第一材料层和第二材料层之间的接合足够牢固，实现具有双层结构的 TSME的通常方法可扩展到两个DSMP的任意组合。由于材料设计的多样性，通过包括两层以 上的材料结构有可能实现超过三种形状的多形状记忆效应。实验材料双酚A 二缩水甘油醚环氧单体(ΕΡ0Ν 826)和聚醚胺固化剂(Jeffamine D-230) 分别从瀚森(Hexion)和亨斯迈(Huntsman)获得。新戊二醇而甘油醚(NGDE)从TCI美国 买到。所有化学品都按照收到时的状态使用。环氧聚合物H和L的合成EPON 826首先在75摄氏度下维持15分钟被融化。其随后以1. 6/0. 4/1的摩尔 比与NGDE和Jeffamine D-230混合。混合物被倾倒在铝模具中，在100摄氏度下固化1小 时，在130摄氏度下后固化1小时，以产生环氧聚合物H。固化的环氧物被去模且在测试之 前被切割成期望的尺寸。除了 EPON 826/NGDE/Jeffamine D-230的摩尔比为0. 8/1. 2/1之 外，环氧聚合物L以相同的方式产生。环氧双层聚合物样本的合成与环氧聚合物H对应的环氧流体混合物在铝模具中在100摄氏度下固化40分钟， 以产生第一环氧层。与环氧聚合物L对应的环氧流体混合物在固化的第一环氧层的顶部被 固化，在100摄氏度下固化40分钟，并且在130摄氏度下后固化1小时。这两步固化过程 之后，四个双层环氧聚合物样本(即聚合物材料系统BE1、BE2、BE3和BE4)通过改变两个环 氧流体之间的重量比而产生。具体地说，BE1、BE2、BE3和BE4中的聚合物L和聚合物H之 间的重量比分别为2. 78,2. 61、1. 27和0. 44。热机械特性动态机械分析(DMA)试验在双悬臂模式下进行，使用DMAQ800 (TA器械)和测试参 数恒定频率=1赫兹；振幅=30微米；加热速率=1摄氏度/分钟。形状记忆周期使用DMA 2980在三点弯曲模式下得到所有的量化形状记忆周期。在静态力模式 下进行分析并且加热和冷却速率为1摄氏度/分钟。如图5A-5E所示，对于TSME的视觉展示，联接到聚合物层H (图5A-5E中44所示) 且具有矩形形状(图5A中形状40A所示)的BE3 (图5A-5E中40所示，包括聚合物层L (图 5A-5E中42所示))在预先设置为90摄氏度的炉中被加热10分钟。在其从炉中取出之后 被人工变形且立即浸入到被预先设置为56. 0士0. 5摄氏度的热水盆中维持1分钟。产生的 第一临时形状如图5B所示。形状40B被浸入到水盆中再次持续1分钟。之后，其从盆中再 次取出，立即变形，且被冷却降到22摄氏度以固定第二临时形状40C，如图5C所示。为了 恢复，第二临时形状40C被放回到水盆(56.0士0.5摄氏度)中持续1分钟，其改变为形状 40B,如图5D所示。永久形状40A的恢复通过将临时形状40B加热到90摄氏度持续5分钟 而执行，如图5E中所示。尽管一个示例性实施方式描绘了使用环氧和芳族的特定子集的环氧热固性聚合物被用于第一聚合材料层42和第二聚合材料层44，其它聚合系统也可使用。例如，第一聚 合层和第二聚合层的聚合组分可由不同的聚合骨架材料和/或交联系统形成，只要它们形 成这样的多层材料即可表现出TSME效应并且满足上述关于层间牢固接合的形成准则、优 良的独立热变换、以及合适的模量和重量比平衡，以防止当双层材料在合适的热和应力之 下从其永久状态转变到其多个临时形状时发生分层。因此，例如，在两个或一个层中使用聚 合材料系统而不是环氧/芳族系统。具有三种形状功能的聚合系统可应用于多种领域，因为它们的特性能够在大范围 内调节。因此，三种形状记忆聚合物的潜在应用可存在于很多不同的技术中。例如，三种形 状记忆合金可用于例如自修复汽车车身的汽车设施、例如用于可降解医疗移植物的医疗设 施、例如用于转换器或传感器的电子设施、例如用于家具或其它工具的公共设施、或者这里 没有具体描述的其它设施。尽管上述的示例性实施方式描述了双层聚合材料20响应于一个外部刺激_即温 度而表现出TSME，其它实施方式可被描述为采用两个不同的外部刺激。在大体上示出在图5A-5E的这些示例性实施方式中，双层聚合材料40可包括响应 于一种类型的外部刺激的第一材料层42，其被联接到响应于另一类型的外部刺激的第二材 料层44。在示例性实施方式中采用的外部刺激的类型的示例包括但不限于温度、磁场、光 和湿气。因此，图5A-5E还描述了双层聚合材料40在两个不同的刺激下在其原始永久形状 40A和两个临时形状(40B和40C)之间的转变。在图5A中，双层聚合材料40被示出为处于其永久形状40A。根据定义，永久原始 形状40A为双层聚合材料40在第一类型的外部刺激或第二类型的外部刺激下不存在负载 下的变形的情况下将保持的形状。永久形状40A可在应力下在存在第一外部刺激情况下变形，从而产生第一临时形 状40B，如图5B所示，该第一临时形状40B具有与永久形状40A不同的视觉外观。外部刺激 随后可被去除，其中应力可被释放以固定第一临时形状40B。为了从第一临时形状40B形成第二临时形状40C，如从图5B实现图5C的转变所 示，第一临时形状40B可在应力下在不同于第一外部刺激的第二外部刺激的情况下被变 形，其具有与永久形状40A和第一临时形状40B不同的视觉外观。第二外部刺激随后可被 去除，其中应力可被释放以固定第二临时形状40C。为了从第二临时形状40C恢复到第一临时形状40B，在不存在应力的情况下第二 外部刺激可被再次引入双层材料120(图5D)。为了从第一临时形状40B恢复到永久形状 40A，在不存在应力的情况下第一外部刺激可被再次引入双层材料40 (图5E)。尽管永久形状40A和临时形状40B-E被描述为特定形状，本领域普通技术人员应 该理解的是，所描述的形状并不构成限制。换言之，示出的形状40A-C仅为对响应于外部刺 激而改变形状的原理的描述，并不意味着可能发生的实际的原始永久形状40A-C。在另一个示例性实施方式中，一个或多个附加材料层(未示出)可被联接到双层 聚合材料，以形成多层聚合材料，其中该至少三个材料层中的至少两个材料响应于不同的 外部刺激，以使该多层在永久形状和众多可能的临时形状之间转变。
上面对本发明实施方式的描述本质上仅为示例性的，因此，其变型不被认为脱离 了本发明的精神和范围。
权利要求
一种聚合物系统，包括第一聚合材料层；和第二聚合材料层，所述第二聚合材料层联接到所述第一聚合材料层以形成双层聚合材料；其中，所述第一聚合材料层响应第一外部刺激，以使所述双层聚合材料在原始形状与至少两个临时形状之间转变，而不会使所述第一聚合材料层与所述第二聚合材料层之间发生分层；其中，所述第二聚合材料层响应第二外部刺激，以使所述双层聚合材料在原始形状与至少两个临时形状之间转变，而不会使所述第一聚合材料层与所述第二聚合材料层之间发生分层；其中，所述第一外部刺激不同于所述第二外部刺激。
2.如权利要求1所述的聚合物系统，进一步包括向所述双层聚合材料施加所述第一外部刺激，并使所述双层聚合材料在第一应力下从 所述原始永久形状变形到所述至少两个临时形状中的第一个；和在维持所述双层聚合材料处于所述第一应力下的同时去除所述第一外部刺激。
3.如权利要求2所述的聚合物系统，进一步包括从所述双层聚合材料去除所述第一应力，以使所述双层聚合材料从所述原始形状转变 为所述至少两个临时形状中的所述第一个。
4.如权利要求3所述聚合物系统，进一步包括向所述双层聚合材料施加所述第二外部刺激，同时使所述双层聚合材料在第二应力下 变形，以使所述双层聚合材料从所述至少两个临时形状中的所述第一个转变为所述至少两 个临时形状中的第二个，其中，所述第二外部刺激不同于所述第一外部刺激；和在维持所述双层聚合材料处于所述第二应力下的同时去除所述第二外部刺激。
5.如权利要求4所述的聚合物系统，进一步包括从所述双层聚合材料去除所述第二应力，以使所述至少两个临时形状中的所述第一个 转变为所述至少两个临时形状中的所述第二个。
6.如权利要求5所述的聚合物系统，进一步包括在不存在应力的情况下施加所述第一外部刺激，以使所述双层聚合材料从所述至少两 个临时形状中的所述第二个恢复到所述至少两个临时形状中的所述第一个。
7.如权利要求6所述的聚合物系统，进一步包括在不存在应力的情况下施加所述第二外部刺激，以使所述双层聚合材料从所述至少两 个临时形状中的所述第一个恢复到所述原始形状。
8.如权利要求1所述的聚合物系统，其中，所述第一外部刺激包括由温度、磁场、光或 湿气组成的集合中的至少一个。
9.如权利要求8所述的聚合物系统，其中，所述第二外部刺激包括由温度、磁场、光或 湿气组成的集合中的至少一个。
10.一种用于形成聚合物系统的方法，所述聚合物系统具有至少三种形状记忆效应，所 述方法包括选择响应第一外部刺激的第一聚合材料；选择第二聚合材料，其中，所述第二聚合材料响应第二外部刺激，所述第二外部刺激不 同于所述第一外部刺激；通过具有期望厚度和期望模量的所述第一聚合材料形成第一聚合材料层； 通过具有期望厚度和期望模量的所述第二聚合材料形成第二聚合材料层； 将所述第一聚合材料层联接到所述第二聚合材料层以形成双层聚合材料，其中，所述 双层聚合材料能够通过施加所述第一外部刺激或者施加所述第二外部刺激在原始永久形 状、第一临时形状和第二临时形状之间转变，而不会使所述第一聚合材料层与所述第二聚 合材料层之间发生分层。
全文摘要
本发明涉及具有多种形状记忆效应的聚合物系统。一种聚合物材料系统由多层结构中的具有不同转变温度的多个聚合物层组成，以实现和设计多种形状记忆效应。其中使用了具有不同转变温度的两个材料层，实现了三种形状记忆效应。在可替换的实施方式中，可实现三种形状记忆效应，其中两个层中的每一层能够通过使用诸如热、光、磁场或湿气的不同的外部刺激而发生转变。
文档编号B32B27/00GK101941313SQ2010101240
公开日2011年1月12日 申请日期2010年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者T·谢 申请人:通用汽车环球科技运作公司