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神奇的记忆塑料
把这个红色的塑料小条放进热水当中,它瞬间变得柔软了很多。
几秒种后夹出,用手攥住两头猛拉,原先短短的塑料就像烩面一样,被扯得老长了。并且,在室温下,它会保持这个形状。
接下来,将其转移到铁架上,下方还挂着一个砝码,这时用吹风机对着塑料猛吹,我们能看到砝码迅速上升的有趣画面,而这就是“形状记忆聚合物”的独特魅力。
形状变化的具体过程
当温度高于转变温度时(放入热水当中),材料是具有弹性的,我们能轻易地将其从永久形状B改变成临时形状A。如果这个时候保持外力,温度也降到了转化温度以下,那么临时形状A就被固定下来了(用手拉伸)。最后,当温度重新升高,随着弹性的恢复,材料也会回到永久形状B(再次加热)。
热缩片的原理是什么?
说到这,可能会有人想到做手工用的“热缩片”。
首先,在薄薄的塑料片上画自己喜欢的图案;
然后,再裁剪成合适的形状并打上孔洞;
下面,将其放进烤箱中烘烤或者用热风枪加热,这时,我们能看到神奇的一幕,又薄又大的塑料片很快就收缩成了一块厚厚的塑料板,尺寸大概只有原来的1/4;最后,给它配上链条,就得到好看的小挂件了。
其实,热缩片的主要成分是“聚苯乙烯”。它是一种透明、质量轻、硬质的热塑性塑料,因为转化温度高于℃所以常被用来制作一次性杯子、一次性饭盒等等。
聚苯乙烯塑料颗粒
用聚苯乙烯制作的一次性杯子
而之所以能实现“热缩”,是因为大的塑料薄片属于“临时形状A”。即,在事先的加工过程中,聚苯乙烯已经经过了两个方向的拉伸,并且在冷却后固定了下来,这样塑料制品就会出现“形状记忆效应”,一旦温度达到它的转化温度,便有了我们看到的蜷曲、收缩、恢复平展的热缩片。
聚苯乙烯提前被拉伸过
生活中的记忆塑料
在现实生活中,形状记忆聚合物被应用到了很多地方,比如“热缩管”,将它套在电线外面或者焊点处,然后用热风枪加热到一定程度,管子会沿着直径方向收缩,能起到绝缘保护的作用。
再比如“防伪标志”,这是一张看似平平无奇的塑料薄片,但用打火机轻轻加热几下,上面隐藏的字迹就冒出来了。
除此之外,还有可以恢复的汽车凹痕、能根据温度调节透气性的登山服、医疗中能在体温作用下自动束紧的外套管……
新型记忆塑料
年,来自浙大的科学家们还研究出了一种新型的形状记忆塑料。他们在材料中加入了一种可交换共价键,重组了分子间的连接关系。就好像手拉着手跳集体舞,温度较高时,分子之间会“换手”结成新的队形,产生“永久记忆”。当温度较低时,分子并不会“放手”,所以无论怎么叠,都是“临时形状”。又因为“换手”的方式是多样的,所以这种新材料可以被多次“植入”记忆。更为重要的是,这种“植入”不是擦除之前的形状,而是将新形状叠加到其中。因此,可以利用这种“形状累积效应”实现复杂的形状。