作者:肖鑫礼等 来源:《科学报告》 发布时间:2017/3/28 15:36:29
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我国研制出可循环耐极端环境的刚性新一代热缩管

 

热缩管具有加热至一定温度时可收缩的形状记忆功能,在各种管线缆的续接中能起到密封、绝缘、防腐、防潮及标识等作用,目前已广泛应用于电子、电力、建筑、交通、石油、化工、通讯、船舶、航天和国防等领域。1959年美国A. Charlesby及其学生Pinner为Raychem公司申请了聚乙烯热缩管的第一个专利,开辟了热缩材料的新纪元。随后Raychem公司实现了聚乙烯热缩管的产业化,并使其产品在全球范围内得到广泛应用。我国研制的第一代热缩管主要用于我国第一颗人造卫星“东方红一号”,但我国热缩产品形成产业化的时间相对较晚。目前全球热缩管市场仍处于成长阶段,产品需求潜力巨大。

传统热缩管为一次性使用产品,其热收缩源于不可逆的结晶熔融。我国青年科研人员、哈尔滨工业大学肖鑫礼和孔德艳在世界上首次制备出可循环使用的热缩管,其热收缩源于聚酰亚胺的可逆玻璃化转变[3]。这类聚酰亚胺热缩管能够很好的固定扩张尺寸并缩回起始尺寸,其热缩过程如图1所示。

图 1. 聚酰亚胺热缩管的实际收缩过程 (a)及其示意图 (b)。(a1) 初始态, (a2) 部分扩张态, (a3) 完全扩张定型, (a4)热收缩回起始态。

传统热缩管的完全恢复温度(Ts)范围有限,而聚酰亚胺热缩管的Ts在180℃至330℃之间可调节;传统热缩管的运行低温在-40℃至-85 °C 之间,而聚酰亚胺热缩管能耐受-196 °C 的低温。因此聚酰亚胺热缩管可适用于极端高低温等环境,将大范围拓展热缩管的应用范围和领域。

传统高温热缩管为柔性或半刚性管,不能负载或固定重物。聚酰亚胺热缩管为刚性管,兼备缩颈接管效应,可连接并固定为其自身重量上千倍的重物。因此,聚酰亚胺热缩管的缩颈接管效应可节省额外的支撑装置,特别适用于复杂或精密的仪器装备,如图2所示。

图2. 聚酰亚胺热缩管的缩颈接管效应 (a)及机理示意图 (b)。(a1) 扩张定型态, (a2) 缩颈接管效应垂直向上固定铜棒, (a3) 垂直向下固定铜棒, (a4) 倾斜固定铜棒。

这类可循环耐极端环境的刚性新一代聚酰亚胺热缩管因其质量轻、固定好、可载重等优点,将为一些工程问题提供技术解决方案,进一步拓展热缩管、聚酰亚胺和缩颈接管的应用范围。在一定程度上,聚酰亚胺热缩管有望产生一个新行业及市场。

相关工作已发表于《科学报告》(Sci. Rep. 7, 44936, 2017)。(来源:科学网)

 
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