4D Printing‐Encapsulated Polycaprolactone–Thermoplastic Polyurethane with High Shape Memory Performances

材料科学 聚己内酯 热塑性聚氨酯 复合材料 形状记忆聚合物 聚氨酯 挤压 热塑性塑料 聚乳酸 双层 形状记忆合金 应力松弛 复合数 无定形固体 玻璃化转变 结晶度 聚合物 蠕动 化学 有机化学 生物 遗传学 弹性体
作者
Davood Rahmatabadi,Mohammad Aberoumand,Kianoosh Soltanmohammadi,Elyas Soleyman,Ismaeil Ghasemi,Majid Baniassadi,Karen Abrinia,Mahdi Bodaghi,Mostafa Baghani
出处
期刊:Advanced Engineering Materials [Wiley]
卷期号:25 (6) 被引量:59
标识
DOI:10.1002/adem.202201309
摘要

There are a few shape memory polymers (SMPs) like polylactic acid (PLA) and polyurethane (PU) that are 4D printable, and other SMPs must be synthesized with a complicated chemical lab effort. Herein, considering dual‐material extrusion printing and microscopic mechanism behind shape memory effect (SME), bilayer‐encapsulated polycaprolactone (PCL)–thermoplastic polyurethane (TPU) shape memory composite structures are 4D printed for the first time. The SME performance is investigated by assessing fixity, shape recovery, stress recovery, and stress relaxation under bending and compression loading modes. PCL, TPU, and melting temperature of PCL play the role of switching phase, net point, and transition temperature, respectively. Due to the destruction and dripping of molten PCL in contact with water, PCL is encapsulated by TPU. Encapsulation successfully solves the challenge of bonding/interface between printed layers, and the results show that the SME performance of the encapsulated structures is higher than bilayer PCL–TPU one's. Experiments reveal that maximum stress recovery in 4D‐printed composites remains constant over time. This is a great achievement compared to the previous extrusion‐based SMP structures that have great weakness in stress relaxation due to weak and low crystalline fractions and the unraveling of molecular entanglements in semicrystalline and amorphous thermoplastic SMPs, respectively.
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