DOI:10.1016/j.polymertesting.2020.106778

近年来，形状记忆聚氨酯（SMPU）作为一种智能材料，因其良好的形状记忆效应和生物相容性而备受青睐。在这项研究中，采用静电纺丝法对单向SMPU纳米纤维进行了改良，以阐明随纳米纤维取向变化的机械和形状记忆特性。结果表明，当纳米纤维取向度为0°（平行于拉伸方向）时，定向SMPU纳米纤维的拉伸强度（提高了135％）和弹性模量（提高了313％）都比无规SMPU纳米纤维有明显的提高。而且，在循环载荷试验中，所制备的定向纳米纤维在恒定应变或恒定应力条件下表现出良好的抗应力松弛和蠕变性能。取向度为0°的定向SMPU纳米纤维具有优异的形状记忆性能，其形状恢复率大于93％，形状固定率大于90％，且形状恢复应力显著增加。

图1.（a）动态力学分析仪、（b）万能拉伸机和（c）热力学分析仪的图像。

图2.随机和定向SMPU纳米纤维的SEM图像和力学性能。（a-d）纳米纤维取向，（a）随机纳米纤维，（b）取向度为0°的纳米纤维，（c）取向度为45°的纳米纤维，（d）取向度为90°的纳米纤维；（e）总应变-应力曲线，以及（f）曲线的弹性区域，（g）室温（25℃）下的弹性模量和拉伸强度。（h）由DMA获取的储能模量。（i）SMPU纳米纤维在40℃和65℃下的应变-应力曲线。

图3.在恒定应变或恒定应力条件下的代表性循环机械测试结果。（a）恒定应变下SMPU-R的应力-应变曲线显示在不同温度下随循环次数的增加而松弛，（b）恒定应变条件下SMPU纳米纤维在25、40和65℃下的应力保持率。（d）基于DMA测试的无规和定向SMPU纳米纤维的应力松弛模量。（e）在恒定应力条件下SMPU-R的应力-应变曲线显示出在不同温度下蠕变随循环次数的变化情况，（f）在恒定应力条件下SMPU纳米纤维在25℃、（g）40℃和65℃下的残余应变。

图4.纳米纤维的形状固定行为，（a）在热固定过程中定向SMPU纳米纤维的应力与应变曲线，（b）随机和定向SMPU纳米纤维的形状固定率。

图5.（a）SMPU-0纳米纤维形状恢复测定的3D示意图，（b）比较三个循环中不同样品中的应变，（c）在热刺激下形状记忆的分子机理，（d）比较三个循环中随机和定向SMPU纳米纤维的恢复率。

图6.（a）管状SMPU-0的横截面和（b）表面。定向SMPU管正在恢复的侧视图，（c）临时形状，（d）部分恢复，（e）完全恢复。

图7.SMPU纳米纤维的形状恢复应力与温度的关系。