Reversible Polymeric Actuators : Bidirectionality of the thermally induced two-way shape memory effect of semicrystalline polymer networks under constant strain conditions

Titelangaben

Posada Murcia, Andrés:
Reversible Polymeric Actuators : Bidirectionality of the thermally induced two-way shape memory effect of semicrystalline polymer networks under constant strain conditions.
Bayreuth , 2022 . - 170 S.
( Dissertation, 2022 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00006781

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Abstract

The purpose of this dissertation was to assist and contribute to the understanding of the origin of the reversible actuation of semicrystalline polymers, specifically focusing on the study of the mechanism behind the thermally triggered two-way shape memory effect (2W-SME) exhibited by such materials. This investigation was performed on high molecular weight crosslinked poly(ε-caprolactone) (PCL) networks and PCL-based urethane derivatives. The thermomechanical investigation of chemically crosslinked PCLs allowed the identification of the main parameters governing the reversibility of the shape-switching transformation of these polymeric networks under constant stress and constant strain conditions. Furthermore, a structural analysis, by means of simultaneous tensile and in-situ SAXS/WAXS tests of these samples, supported the proposal of a two-stepped crystallization model which gives sustain to the observed odd thermomechanical behaviour of chemically crosslinked PCL under constant strain conditions. Finally, the here developed and well characterized thermal-mechanical methodologies proved to be suitable for the characterization of the thermally driven shape-shifting properties of PCL-based semicrystalline materials with varied molecular architectures, including phase-segregated polyurethanes derived from hexamethylene and methylene diphenyl diisocyanate.

Abstract in weiterer Sprache

Das Ziel dieser Dissertation war es, zum Verständnis des Ursprungs der reversiblen Aktivierung teilkristalliner Polymere beizutragen und insbesondere auf die Untersuchung des Mechanismus hinter dem thermisch ausgelösten Zwei-Wege-Formgedächtniseffekt (2W-SME), der von solchen Materialien gezeigt wird. Diese Untersuchung wurde an vernetzten Poly(ε-caprolacton) (PCL)-Netzwerken mit hohem Molekulargewicht und Urethanderivaten auf PCL-Basis durchgeführt. Die thermomechanische Untersuchung von chemisch vernetzten PCLs ermöglichte die Identifizierung der Hauptparameter, die die Reversibilität der formwechselnden Transformation dieser Polymernetzwerke unter konstanten Belastungs- und Dehnungsbedingungen bestimmen. Darüber hinaus unterstützte eine Strukturanalyse durch gleichzeitige Zug- und in-situ-SAXS/WAXS-Tests dieser Proben den Vorschlag eines zweistufigen Kristallisationsmodells, das das beobachtete seltsame thermomechanische Verhalten von chemisch vernetztem PCL unter konstanten Dehnungsbedingungen unterstützt. Schließlich erwiesen sich die entwickelten und gut charakterisierten thermomechanischen Methoden als geeignet für die Charakterisierung der thermisch getriebenen Formänderungseigenschaften von teilkristallinen Materialien auf PCL-Basis mit unterschiedlichen molekularen Architekturen, einschließlich phasengetrennter Polyurethane, die von Hexamethylen und Methylendiphenyldiisocyanat abgeleitet sind.