4D-printing of mechanically durable high-temperature shape memory polymer with good irradiation resistance

材料科学 玻璃化转变 极限抗拉强度 复合材料 辐照 形状记忆聚合物 固化(化学) 聚合物 热稳定性 形状记忆合金 化学工程 物理 核物理学 工程类
作者
Б. Ч. Холхоев,Kseniia N. Bardakova,Alena N. Nikishina,Zakhar A. Matveev,Yuri M. Efremov,Anastasia Frolova,Anastasiya A. Akovantseva,Elena Gorenskaia,Н. А. Верлов,Peter Timashev,В. Ф. Бурдуковский
出处
期刊:Applied Materials Today [Elsevier BV]
卷期号:36: 102022-102022 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.apmt.2023.102022
摘要

4D-printed shape memory polymers (SMPs) are of great interest in the aerospace industry. However, development of high-temperature SMPs that combine high mechanical characteristics and radiation resistance remains challenging. Here, we report a new photosensitive composition (PSC) based on high-performance thermally stable poly-N,N'-(m-phenylene)isophthalamide (MPA), rigid photopolymerizable tris[2-(acryloyloxy)ethyl] isocyanurate (TAI), and a reactive solvent (N,N-dimethylacrylamide (DMAA)). The resulting PSC was utilized to prepare high-temperature SMPs using a facile two-step LCD 3D-printing and thermal post-curing process. The synergy effect between rigid backbones of MPA and TAI results in the highest reported tensile strength (104.4 ± 6.2 MPa) and glass transition temperature (180°C) of 4D-printed SMPs. The presence of soft segments from DMAA results in a good shape memory performance (shape fixity and shape recovery ratios both exceed 99%). Furthermore, this is the first comprehensive study of the influence of ionizing radiation on the performance characteristics of 4D-printed materials. It was shown that a 4D-printed SMP has endured γ-radiation with doses up to 10^6 Gy with the chemical structure, glass transition temperature, thermal stability, and shape memory behavior remaining virtually unchanged. In addition, MPA-based materials keep high tensile strengths (> 100 MPa) and elongations at break (> 5%) after being irradiated. With the high glass transition temperature, record-high tensile strength, excellent irradiation resistance, and 4D-printability, this new high temperature SMP shows great potential in deployable space structures application.
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