一種應力記憶高分子材料及智能壓力裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種應力記憶高分子材料，具有不同的相籌及兩個以上轉變溫度，其制備過程包括預處理（移除塑性應變）和應力記憶編程，所述應力記憶編程包括以下步驟：i. 加熱所述應力記憶高分子材料至T1；ii. 拉伸所述應力記憶高分子材料至εI.S；iii．在εI.S應變下保持一段時間；iv．在εI.S應變下冷卻至T2。本發明還公開了一種使用該應力記憶高分子材料的智能壓力裝置。與現有技術相比較，由于本發明提供的應力記憶高分子材料在εhigh的應變下進行了去除塑性應變的預處理及在小于εhigh的εI.S應變下進行了應力記憶編程，在ε<εI.S的應變條件下，應力記憶高分子材料比其他用于壓力致動器的形狀記憶高分子材料將有更長的使用壽命。
【專利說明】
[0001] 一種應力記憶高分子材料及智能壓力裝置
技術領域
[0002] 本發明涉及高分子材料及使用該高分子材料制成的醫療裝置，尤其涉及一種能夠 記憶或釋放應力的高分子材料及使用該材料制成的壓力裝置。
【背景技術】
[0003] 壓力療法是肌肉疼痛、慢性靜脈疾病、淋巴水腫以及許多其他淋巴疾病療法的核 心治療手段。提供外部壓力可以降低患病區域血管的體液損失，從而防止體液積累，減少腫 脹。減少腫脹程度可促進軟組織損傷的愈合。
[0004] 壓力療法(可使用繃帶、長襪或壓力服裝）在緩解疼痛和腫脹方面扮演著重要的角 色，可非常有效的治療和預防慢性靜脈功能不全，包括下肢靜脈潰瘍、水腫、淋巴水腫和其 他慢性靜脈疾病。傳統壓力療法的限制是無法獲得可變的壓力。此外，通過繃帶或長襪獲 得的壓力梯度，在不同時期隨著肢體形狀的變化而變化（即隨著時間的推移，水腫減少)，無 法使用外部手段調整壓力梯度。
[0005] 間歇性充氣加壓（IPC)，是壓力療法的一種，能夠為患病區域提供一定壓力進行按 摩，這將有助于增強壓力效果，幫助愈合，有利于放松、提高淋巴管流量，通過將氧氣和其他 營養物質運送到組織周圍來改善循環。一般來說，IPC使用按摩套筒為四肢提供擠壓力，該 套筒由充氣袋組成，使用泵對充氣袋進行充氣膨脹和放氣縮小。為提高壓力療法治療效率 及治愈速度，IPC可根據患者需要和患病程度使用多種壓力模式來進行加壓按摩。在傳統壓 力療法(例如襪子和繃帶）的基礎上，四肢使用IPC療法可有利于靜脈潰瘍的愈合和減輕無 潰瘍慢性靜脈功能不全患者（CVI)的癥狀。這種傳統壓力療法結合IPC療法的綜合療法， 可縮短潰瘍愈合時間和提高皮膚氧張力（TcP0 2)。IPC的缺點是造價高，體積龐大，嘈音大以 及需要電源；使用單腔IPC系統獲得壓力梯度較為困難，因此需使用多腔IPC系統。然而， 多腔IPC系統結構復雜、體積龐大且價格昂貴。
[0006] 此外，一些研究工作也發現加熱療法與壓力療法相結合能夠促進傷口愈合。加熱 療法可減少疼痛、僵硬程度，促進血液循環，放松肌肉，從而促進愈合。熱敷法作為加熱療法 的一種，通常用于治療肌肉酸痛、抽筋、僵硬和關節炎，還用于治療眼疲勞、脖子痛、肩痛、肌 肉疼痛、關節疼痛等。一般來說，所有熱敷治療首先需加熱到一定溫度，然后將其應用到患 病肌肉處，一段時間后，取走。循環若干次(根據醫生建議)。
[0007] 將傳統壓力療法、IPC療法和加熱療法結合使用，將會增加成本并加重醫療工作者 的負擔，病人也不愿意配合。
【發明內容】
[0008] 本發明要解決的技術問題是提供一種能夠記憶并釋放應力的應力記憶高分子材 料。
[0009] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是： 一種應力記憶高分子材料，具有不同的相籌及兩個以上轉變溫度，其特征在于制備過 程包括預處理(移除塑性應變）和預處理后的應力記憶編程，所述應力記憶編程包括以下步 驟： i. 加熱所述應力記憶高分子材料至T1; ii. 拉伸所述應力記憶高分子材料至ε : s; iii. 在eIS應變下保持一段時間； iv. 在￡l.s應變下冷卻至T2。
[0010] 所述的預處理流程包括以下步驟： a. 在THlgh下將樣品拉伸至ε hlgh，THlgh高于所述應力記憶高分子材料的轉變溫度； b. 在^_應變下保持一段時間； c. 在Ehigh應變下將樣品降溫至Tlciw，并再保持一段時間，TlcJS于所述應力記憶高分 子材料的轉變溫度； d. 卸載約束，使所述應力記憶高分子材料內應力松弛； e. 重新加熱至THlgh進行應力回復； f. 重復步驟a-e 3-10次。
[0011] T^Thigh, ε j s< ε high, T2<Thigh〇
[0012] 本發明還提供一種具有上述應力記憶高分子材料的智能壓力裝置： 一種智能壓力裝置，包括承載層、固定在所述承載層上的工作單元和穿戴部件，所述工 作單元包括應力記憶高分子材料和與所述應力記憶高分子材料緊貼的加熱系統； 所述智能壓力裝置通過所述穿戴部件穿戴到使用者身上后，所述承載層繃緊并使固定 在所述承載層上的應力記憶高分子材料產生約束應變。
[0013] 所述加熱系統選用電阻織物、薄膜加熱元件、光熱轉換材料或磁感應發熱劑。
[0014] 優選的，所述的智能壓力裝置具有多個沿所述承載層長度方向依次布置的工作單 J Li 〇
[0015] 更優的，所述工作單元包括一體化的記憶高分子材料和多個加熱系統，所述多個 加熱系統能夠對所述記憶高分子材料的局部進行加熱。
[0016] 更優的，所述約束應變小于E1 s。
[0017] 與現有技術相比較，由于本發明提供的應力記憶高分子材料在ε highK應變下 進行了去除塑性應變的預處理及在小于^_的ε IS應變下的進行了應力記憶編程，在 ε〈 ε u的應變條件下，應力記憶高分子材料比其他用于壓力致動器的形狀記憶高分子材 料將有更長的使用壽命。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明應力記憶高分子材料的結構原理示意圖； 圖2為本發明實施例1的應力記憶薄膜的DSC第二次升溫曲線； 圖3為本發明實施例1的應力記憶薄膜的制備方法中預處理流程的熱機械循環示意 圖； 圖4Α為本發明實施例1的應力記憶薄膜的制備方法中應力記憶程序化流程的步驟示 意圖； 圖4B為本發明實施例1的應力記憶薄膜的制備方法中應力記憶程序化流程的應 力-應變曲線； 圖4C為本發明實施例1的應力記憶薄膜的制備方法中應力記憶程序化流程的應 力-時間曲線； 圖5為本發明應力記憶高分子材料應力記入/憶出過程的工作原理示意圖； 圖6為本發明實施例1的應力記憶薄膜在應力記入/憶出過程中的應力-時間曲線； 圖7為本發明實施例1的應力記憶薄膜在應力記憶程序化流程是不同的初始形變下記 入應力的應力-時間曲線； 圖8為本發明實施例1的應力記憶薄膜在不同溫度下的應力憶出過程的應力-時間曲 線. 圖9A為使用不同初始應變制備的本發明實施例1的應力記憶薄膜在相同條件的應力 憶出過程中的應力-時間曲線原理示意圖； 圖9B為使用不同初始應變制備的本發明實施例1的應力記憶薄膜在相同條件的應力 憶出過程中的應力-時間曲線； 圖10為本發明的應力記憶高分子材料在應力記入/憶出過程中不同溫度變化速率的 應力-時間曲線原理示意圖； 圖11為本發明的應力記憶高分子材料在連續的應力記入/憶出過程中通過控制溫度 來控制應力的應力-時間曲線原理示意圖； 圖12為不同組分的本發明的應力記憶高分子材料在應力憶出過程的應力-時間曲 線. 圖13為本發明實施例2的應力記憶織物的樣品A在應力記入/憶出過程中的應力-時 間曲線； 圖14為本發明實施例2的應力記憶織物的樣品B在應力記入/憶出過程中的應力-時 間曲線； 圖15為本發明實施例5的導電織物在IOV電壓下的溫度-時間曲線； 圖16為本發明實施例6的用于治療腿部慢性靜脈疾病的智能壓力裝置的結構示意 圖； 圖17為本發明實施例7的用于治療肌肉疼痛的智能熱壓裝置的結構示意圖； 圖18為本發明實施例7的用于治療肌肉疼痛的智能熱壓裝置部位A的剖面結構示意 圖； 圖19為本發明實施例8的用于治療眼疲勞的智能熱壓裝置的結構示意圖； 圖20為本發明實施例8的用于治療眼疲勞的智能熱壓裝置部位B的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 外力的施加會引起高分子材料形變并導致其產生結構內應力。這種形變包括彈性 形變、粘性形變及塑性形變。當釋放掉外力時，彈性形變會迅速回復而粘性形變卻需要一段 時間來進行較緩慢的回復，塑性形變是不可回復形變并導致材料發生永久變形。
[0020] 在約束應變下高分子材料會釋放內應力，此過程也稱作應力松弛。隨著時間的推 移，應力會緩慢減小并最終達到一個飽和值。應力下降歸結于在粘性形變中的應力松弛，而 彈性應力只是儲存在彈性形變中的應力。彈性應力在此至關重要，因為正是它保證了材料 能夠表現出橡膠或彈簧的性質。
[0021] 彈性應力只有在材料被施加外力時產生且在外力釋放時終止。除了外力沒有其他 外部途徑來儲存和釋放內應力。本發明引入了一種新型高分子材料，也稱作應力記憶高分 子材料（Stress Memory Polymer),它允許在適當的刺激如熱、電、磁等作用下從外部控制 彈性應力。下面首先對應力記憶高分子材料作說明。
[0022] 1、應力記憶高分子材料的結構。
[0023] 應力記憶1?分子材料具有非均勻的多相結構，如圖1所7K，該應力記憶1?分子材 料是具有兩相非均勻結構的熱致性應力記憶高分子材料。這種高分子構象有兩個相籌 (Phase A和Phase B)且可以通過熱來釋放/凍結內應力。兩個相籌有著不同的轉變溫度 (Transition Temperature, Ttoins),它代表高分子構象從玻璃態到橡膠態的可逆轉變，且這 種轉變可以是玻璃化轉變也可以是熔融轉變。該高分子的A相比B相有著更高的轉變溫度。 為了在工作溫度附近實現內應力的凍結或釋放，B相的轉變溫度可以設計在KTC -50°C。
[0024] 可以理解的，制備本發明的應力記憶高分子材料的組分可以選擇所有能夠制備形 狀記憶高分子材料的組分。制備應力記憶聚氨酯時，所使用的多元醇為聚四甲基醚二醇 (PTMEG)，聚丙二醇（PPG)，聚己內酯二醇（PCL)，聚丁烯己二酸二醇（PBA)，環己烷己二酸二 醇（PHA);使用的擴鏈劑為1，4 - 丁二醇（BD0)、乙二醇（EG)、乙二胺（EDA);使用的二異氰 酸酯為亞甲基二苯基二異氰酸酯（MDI)、1、6 -己二異氰酸酯（HDI)，2,4-甲苯二異氰酸酯 (TDI)，1，4- 丁烷二異氰酸鹽（BDI)，異佛爾酮二異氰酸酯（iroi)。聚合方法可使用無溶劑 本體聚合或溶液聚合。使用溶液聚合時所使用溶劑為N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙 酰胺，二甲基亞砜。多元醇鏈的相對分子質量為250-6000,二異氰酸酯的相對分子質量為 150-250。在制備SMP時，通過選擇合適的分子組成(類型和轉換段/硬段含量的分子質量)， 可調節其轉變溫度（匕_)至目標范圍。
[0025] 2、應力記憶高分子材料的制備。
[0026] 現有的高分子材料具有多種形態，其中包含薄膜、纖維、泡沫、溶液或凝膠。泡沫、 溶液或凝膠無法延展，較難應用到壓力產品中。纖維或薄膜較易伸展，因此，較適合應用到 壓力產品中。然而，纖維基產品的制備過程復雜，成本較高。使用纖維的壓力產品的制備過 程包括制備聚合物薄片、熔融/濕法紡絲、制備混紡紗以及織物織造過程(編織)。與其他形 態相比，薄膜較易制備且較易通過縫合或層壓與織物結構交聯。因此，使用薄膜制備壓力產 品較為便捷且成本較低。
[0027] 下面通過實施例1-3進一步對本發明的應力記憶高分子材料的制備方法進行說 明。
[0028] 實施例1:應力記憶薄膜致動器 作為舉例，利用二異氰酸酯和BDO作為高轉變相，用聚己內酯（PCL)作為低轉變相來合 成一種應力記憶高分子的構象。這個合成物表現出熱致型應力記憶行為。具體合成過程 如下：使用本體聚合方法制備，其中，聚己內酯二元醇（PCL)(分子量Mn=4000)為軟段，4， 4'-亞甲基二苯基二異氰酸酯（MDI)和1，4-丁二醇（BDO)為硬段。硬段（MDI+BD0)與軟段 (PCL-4000)的比率為28/72(重量比)。在KKTC下固化24小時，經過粉碎得到聚合物碎片。 將該聚合物碎片溶解在溶劑（N，N二甲基甲酰胺：DMF)中。該聚合物碎片與溶劑的質量比為 1 :9。使用磁力攪拌器攪拌6-8小時，直到聚合物碎片完全溶解在DMF溶劑中。隨后，將溶 液倒入聚四氟乙烯模具中（尺寸：20*20里面)，在80°C，24小時后溶劑完全揮發得到該聚合 物薄膜。請參見圖2，該聚合物薄膜的轉變溫度約為1=401：。
[0029] (1)應力記憶高分子材料的預處理(移除塑性應變)。
[0030] 移除弱交聯點在預處理中是非常重要的一步，因為弱交聯點會導致高分子網絡中 分子鏈的永久滑移并同時引起塑性或不可逆形變。塑性形變必須從應力記憶高分子的網絡 構象中移除以保證材料在持續且重復使用中的結構完整性。這可以通過在更高應力水平下 的多組熱機械形狀記憶循環調節來實現，即移除弱交聯點帶來的全部缺陷。一個完整的熱 機械形狀記憶循環如圖3所示： 3七6口&:在1^=60°(!|下，以1〇111111.111；[111的速度拉伸樣品至6_=100% ; Step b:在該約束下保持樣品30分鐘； Step c:在該約束下給樣品降至Tlciw=20°C，并再保持30分鐘； Step d:卸載樣品夾，使樣品內應力松弛至0; Step e:加熱樣品到THigh= 60°C來進行應力回復。
[0031] St印f:第二個循環的開始，重復整個熱機械循環(步驟a-e) 3-10次。
[0032] 前幾次的熱機械形狀記憶循環(直到第3次）在樣品中引入了一些塑性應變，而 再重復多次循環可以完全移除樣品中的塑性應變。此時得到的樣品就可以用于實現在 ε〈 ε hlgh下的應力記憶行為。可以理解的，T Hlgh是高于轉變溫度T "的溫度，并不限于60°C ; 而Tlciw是低于T m的溫度，也并不限于20°C。
[0033] (2)應力記憶高分子材料的應力記憶程序(移除粘型應力/凍結記憶應力）。
[0034] 在預處理應力記憶高分子材料的樣品之后，對其施加一個合適的應力記憶程序來 實現在特定應變水平下凍結材料中的記憶應力。這個對熱致感應型應力記憶高分子材料的 熱機械編程如圖4A-4C所不，包括以下步驟： 步驟0:加熱預處理過的應力記憶高分子材料樣品至T AThlgh; 步驟1:拉伸樣品至初始應變（Initial Strain,簡寫為I. S) ε ε high; 步驟2:給材料充分的時間使其在恒定應變ε IS下進行應力松弛； 步驟3:在恒定應變ε u下冷卻材料至T2〈Thlgh。
[0035] 以上應力記憶程序化的完整循環保證了網絡體系全部彈性應力（或記憶應力）的 凍結。
[0036] 2-3 :應力記憶高分子材料的應力記入和憶出（記憶應力的失效/激活） 在應力記憶程序化之后，應力記憶高分子材料就能夠實現在ε〈 ε I S下的應力記入 和憶出，記憶應力可以被激活或失效。應力記入使應力記憶高分子材料失效，并導致記憶 應力在約束應變下凍結。應力憶出可以激活應力記憶高分子材料并引起其在約束應變 (Constraint Strain,簡寫為C.S)下釋放記憶應力。請參見圖5,在連續應力記入和憶出過 程中記憶應力的失效/激活,在約束條件下的應力憶出引起記憶應力上升并最終達到最大 限值；而應力記入可以使記憶應力失效并降低為零。
[0037] 對于本實施例的熱致型應力記憶高分子材料，請參見圖6,應力憶出與加熱樣品相 關而應力記入與冷卻樣品相關。
[0038] (3)利用不同影響因素調節記憶應力。
[0039] 記憶應力曲線可以由記憶應力量級，記憶應力增長/降低率及頻率來表征。不同 的作圖方法可以用來控制記憶應力曲線，六種方法描述如下： 3-1 :通過改變在應力記憶程序中的初始形變程度來獲得不同量級的記憶應力： 記憶應力的量級可以通過控制在熱機械編程中的初始形變程度來調節。如圖7所示， 當初始形變程度增大，實施例1的應力記憶樣品記入應力量級會隨之提高。
[0040] 3-2 :通過改變在應力記憶程序中的溫度T1來獲得不同量級的記憶應力： 對于相同的初始應變，通過改變溫度T1來獲得不同量級的記憶應力是有可能的。如圖 8所示，實施例1的應力記憶樣品隨著溫度的升高，應力量級也隨之增加. 3-3 :在應力記憶程序中使用不同的初始應變，但憶出過程中使用相同的約束應變條件 下獲得不同量級的激活應力： 在沒有改變應力憶出溫度且保持相同約束應變的條件下，實現激活應力的不同量級也 是有可能做到的。在相同的約束應變激活下，在應力記憶程序中的不同的初始應變可以獲 得不同激活應力量級。請參見圖9,實施例1的應力記憶樣品固定在不同初始應變（20到 80%)但在50°C及相同約束應變（20%)激活，所得到激活應力隨著初始應變的增加而減少。
[0041] 3-4 :通過調節應力記入/憶出過程的溫度變化速率來改變記憶應力曲線的頻率： 通過控制應力記入或憶出過程的溫度變化速率來調控記憶應力的激活/失效速率。如 圖10所示，隨著溫度變化速率升高，記憶應力的增加速率也隨之提高。
[0042] 3-5 :通過控制應力記入和憶出的量轉換到不同的記憶應力循環曲線。
[0043] 如圖11所示，在連續使用中，控制應力記憶高分子材料的激活記憶應力大小是可 以實現的。
[0044] 3-6 :通過改變高聚物的組分來實現不同量級的記憶應力： 對材料使用相同的預處理、應力記憶程序和憶出時的約束應變及溫度，可以通過改變 在聚合物網絡體系中的不同相籌組分來實現不同量級的應力記憶水平。對于熱致型應力記 憶高分子材料來說，記憶應力會隨著高轉變相含量的增加而提高。
[0045] 實施例2:應力記憶織物致動器 使用應力記憶聚合物長絲制備具有應力記憶織物。在實施例中，通過熔融紡絲技術， 使用應力記憶聚氨酯制備長絲。聚合物薄片通過本體聚合方法制備，聚四甲基醚二醇（#n = 650)為軟段，4,4' -亞甲基二苯基二異氰酸酯和1，4 丁二醇為硬段。軟段和硬段的質量比 為12 :13。混合物在KKTC下固化20小時，直到水含量小于百萬分之100,此時，得到應力 記憶高分子材料薄片。將該薄片通過熔融紡絲制得長絲。在175-202°C下，氮氣環境下使 用單螺旋擠出機制備長絲。卷繞速度為500米/分。所使用的長絲的玻璃化轉變溫度為 40-45°C。長絲的保形率和形狀回復率分別為23. 7和95%。應力記憶壓力裝置由該長絲與 尼龍長絲的共混纖維織造，并使用圓形針織機和V-層雙面緯編針織機制備。該織物的詳細 參數如表1所示： 表1實施例2的應力記憶織物的詳細參數
應力記憶聚合物織物提供動態壓力，使用Kikuhime?壓力傳感器對壓力進行測試。將 應力記憶壓力裝置應用在圓柱管上，整個裝置放置在加熱室內，可測得界面壓力的變化情 況。在加熱室中，不同溫度和張力的條件下將產生額外的壓力。為獲得按摩效果(增加或 減少壓力)，應力記憶壓力裝置在不同時段根據治療經驗產生冷熱循環。在一個完整的循環 中，在加熱室加熱并在隨后預定的時間內冷卻。重復上述周期五次。圖13和圖14分別顯示 了樣品A (加熱40°C 30分鐘，或冷卻30分鐘循環，樣品A約束應變為5. 85%)和樣品B (相 同的約束應變和加熱溫度，加熱與冷卻時間為10分鐘）的按摩或氣動效果（5個循環；從(； 到 C5)。
[0046] 實施例3:應力記憶泡沫致動器 將應力記憶高分子材料制備為多孔形式，使其具有較高的保熱性能和電氣絕緣性，壓 縮變形回復時具有較大的體積變化（即壓力狀態下存儲體積較小）和低密度的性能，拓寬了 應力記憶高分子材料的應用領域。不同的方法，例如，相分離法、乳化冷凍法、溶劑鑄造法、 微粒析出法以及這些技術相結合，都可用于制備多孔結構的應力記憶泡沫。此外，通過添加 納米粒子或其他填料來滿足使用光、電或磁作為激活條件的特定需求，還能夠進一步提高 應力記憶泡沫的力學性能。在壓縮變形回復時具有較大的體積變化（即壓力狀態下存儲體 積較小）以及在外界溫度條件時模量變化較靈活，使應力記憶泡沫在壓力相關產品中更具 有應用價值。應力記憶泡沫在壓縮狀態下固定，在合適的刺激條件下可產生大量的壓力。所 產生的壓力可作用于所需物體表面。然而，可通過移除刺激條件，消除所產生的壓力。
[0047] 本實施例中，應力記憶聚氨酯泡沫使用氣體發泡法，通過一步合成聚合法制備。制 備應力記憶聚氨酯泡沫所使用的聚合物中，多元醇為聚丙二醇-600(PPG 600)，異氰酸酯為 亞甲基二苯二異氰酸酯（MDI )。合成時添加胺催化劑、錫催化劑，有機硅表面活性劑，細胞開 放劑和水作為化學發泡劑。詳細的成分如表2所示： 表2應力記憶聚氨酯泡沬的鉬成
除了 MDI，所有的化學物質需使用PE制造的杯子添加并使用機械攪拌混合。此時，將 MDI添加至混合物中高速攪拌（1000r. p. m) 10秒。乳白15秒，表干2分鐘，進一步在室溫 下固化1天。
[0048] 為測試泡沫的形狀記憶性，將其壓縮至固定體積(原體積的50%)，在低溫下 (<15°C )將其壓縮形變固定。將壓縮形變后的泡沫加熱至較高溫度（>25°C )，泡沫回復至原 始形狀。可通過將壓縮形變后的泡沫加熱至不同溫度范圍來獲得不同的形變回復量(例如， 體積膨脹)。
[0049] 3、使用應力記憶高分子材料制成的智能壓力裝置 由前述內容可知，對于熱致型應力記憶高分子材料，可在通過對其加熱/冷卻實現應 力的激活/失效。可以理解的，除了可以通過直接進行加熱/降溫來控制之外，還可以進行 間接方式進行加熱/降溫，如：使用碳納米管或納米纖維（CNTs或者CNFs)、炭黑、石墨烯等 具有高導電性以及良好的化學、機械和熱性能碳材料，以及其他金屬粒子。可通過在磁場 中，將鐵磁和鐵氧體納米粒子如FeO x，MgZnOJP NiZnFeO x混合獲得致熱。這種感應加熱可 達到所需溫度，并且具有可遠程致動、均勻加熱、特定區域選擇性加熱和無線化等優點。
[0050] 此外還可以使用光熱轉換材料，將吸收的光能轉換為熱能，從而具有形狀記憶行 為。由于紅外線顯著的致熱效果，可將其作為光源，通常聚合物中添加碳粒子、金納米粒子 (AuNPs)，金屬鍍層等作為光熱的致動材料。
[0051] 實施例4:應力記憶聚合物致動器的加熱設備 應力記憶織物的刺激模式可以為熱、光、磁場或電場。可使用導電織物產生的熱量激發 應力記憶織物。該導電織物由導電長絲(如鍍銀長絲)織造。導電織物為針織物，由V-床針 織機制備。導電織物的結構具體為： 1) 所使用的纖維為：（1)導電性應力記憶纖維（66Ne )和（2 )尼龍/棉纖維（2/26Ne ); 2) 所使用導電性纖維的電阻為〇.6ohm; 3) 織物結構為：MiIano (針織類型）； 4) 紗線單位長度：橫向線圈數/英寸=12,縱向線圈數/英寸=20 ; 5) 織物的面積密度為180gm / m2; 6) 張力參數為0.93。
[0052] 當外加電流后，導電織物可以產生約60°C的熱量，如圖15所示，當外加 IOV的電壓 后，織物的溫度隨時間增長后趨于穩定。織物的溫度可以通過改變電壓或導電纖維的密度 進行調節。
[0053] 實施例5:用于治療腿部慢性靜脈疾病的智能壓力裝置 本實施例的智能壓力裝置如圖16所示，包括：與腿部形狀匹配的織物基層1、壓力記憶 薄膜致動器2、嵌入織物基層1中的加熱系統3、致動器固定部件4和綁縛部件5。壓力記憶 薄膜致動器2通過致動器固定部件4與織物基層1固定。致動器固定部件4和綁縛部件5 均選用尼龍搭扣。
[0054] 當本實施例的智能壓力裝置通過所述綁縛部件5綁縛到使用者腿部時，所述織物 基層1在所述綁縛部件5的拉伸下與使用者皮膚緊貼并繃緊，所述壓力記憶薄膜致動器2 在致動器固定部件4的拉伸下產生約束應變。
[0055] 基層織物1為機織或針織物，由尼龍、棉花或PET纖維制備。加熱系統3由電阻絲 (鎳鉻合金線或者金屬絲，如鋼/銅）嵌入基層織物1中構成，所述加熱系統3還包括與加 熱控制裝置連接的加熱電線31。
[0056] 當本實施例的智能壓力裝置用于治療腿部慢性靜脈疾病時，需要在三個區域施加 壓力：腳踝、小腿和膝蓋以下部位；所提供壓力應為漸變壓力，應遵循在腳踝處壓力較高、 膝蓋處壓力較低的規則。為實現該治療效果，將一個壓力記憶薄膜致動器2和一個加熱系 統3組成一個工作單元，將多個所述工作單元沿織物基層1長度方向依次布置。該多工作 單元的結構可提供壓力梯度，使腳踝處壓力較高、膝蓋處壓力較低。
[0057] 該裝置具有以下優勢： 1.具有廣泛的尺寸適用性。本設計可通過尼龍搭扣將其固定在任何尺寸的腿部。
[0058] 2.可根據腿部不同區域來提供不同的壓力。
[0059] 3.可提供單一或多種壓力模式，例如，穩定壓力、動態壓力（按摩）或加熱療法。
[0060] 4.薄膜易從基層織物中取出或固定。應力記憶致動器2的可重復利用性和可再現 性使得所需壓力容易獲取。
[0061] 實施例6:治療肌肉疼痛的智能熱壓裝置 本實施例的智能熱壓裝置如圖17-18所示，包括：與身體部位形狀匹配的織物基層1、 固定在織物基層1上的壓力記憶薄膜致動器2、與壓力記憶薄膜驅動器2緊貼的加熱系統3 和綁縛部件5。與普通的使用熱毛巾或套筒的熱壓產品比較，該產品更易控制熱量和壓力程 度；同時，與電壓設備(需有獨立的系統提供熱量和壓力）相比，本實施例的智能熱壓裝置較 為簡便。
[0062] 實施例7:用于治療眼疲勞的智能熱壓裝置 本實施例的用于治療眼疲勞的智能熱壓裝置如圖19-20所示，包括與眼部形狀匹配的 基層織物1、對應眼部固定在所述基層織物1上的電阻織物3、緊貼電阻織物3設置的應力 記憶泡沫致動器2、緊貼形狀記憶泡沫致動器2設置的用于接觸眼部的氣墊7、安裝在基層 織物1上想電阻織物3供電的電池盒6、用于將該智能熱壓裝置戴在眼部的彈性繃帶51和 尼龍搭扣52。
[0063] 所述氣墊7可使裝置與身體表面的接觸較為柔軟并消除身體輪廓的影響，使壓力 均衡。
[0064] 當電阻織物3接通電源時，由于電阻織物3結構中的導電纖維，電阻織物3產生熱 量，為應力記憶泡沫致動器2提供高溫環境。此時，應力記憶泡沫致動器2可產生壓力，按 壓相鄰的氣墊。
[0065] 實施例8:使用低溫應力記憶致動器的壓力裝置(體溫激發/室溫激發） 使用低溫應力記憶致動器的壓力裝置（7；rans ~ 20-30°C)無需加熱裝置激發。可通過調 節軟段/硬段的類型和分子量來控制應力記憶效果。轉變溫度（U可調節至目標范圍， 使其接近室溫或體溫。使用低溫應力記憶致動器的壓力裝置（r trans ~ 20-30°C)在無需外界 加熱的情況下可持續產生壓力。
[0066] 使用低溫應力記憶致動器的壓力裝置將在室溫下釋放應力，在較低溫度下凍結存 儲應力。使用時，將約束形變的低溫應力記憶致動器粘附到壓力裝置上，并將壓力裝置裹覆 在使用者身體表面。從外界(房間）溫度或體溫中獲得的熱量可激活低溫應力記憶致動器， 使其釋放應力。該過程可多次循環進行。該低溫應力記憶致動器較易在寒冷條件下固定和 存儲應力。
[0067] 以上所述僅為本發明的優選實施例，并不用于限制本發明，本發明的保護范圍以 權利要求書為準。本領域的普通技術人員可以根據本發明的公開內容，對本發明的具體實 施例或參數等作出各種改變以實施本發明，而不必付出創造性的勞動。
【主權項】
1. 一種應力記憶高分子材料，具有不同的相籌及兩個以上轉變溫度，其特征在于制備 過程包括預處理(移除塑性應變）和預處理后的應力記憶編程，所述應力記憶編程包括以下 步驟：1. 加熱所述應力記憶高分子材料至τ1; ii. 拉伸所述應力記憶高分子材料至ε : s; iii. 在eIS應變下保持一段時間； iv. 在￡l.s應變下冷卻至T2。2. 根據權利要求1所述的應力記憶高分子材料，其特征在于，所述的預處理流程包括 以下步驟： a. 在THlgh下將樣品拉伸至ε hlgh，THlgh高于所述應力記憶高分子材料的轉變溫度； b. 在^_應變下保持一段時間； c. 在ehigh應變下將樣品降溫至TlOT，并再保持一段時間，TlcJ￡于所述應力記憶高分 子材料的轉變溫度； d. 卸載約束，使所述應力記憶高分子材料內應力松弛； e. 重新加熱至THlgh進行應力回復； f. 重復步驟a-e 3-10次。3. 根據權利要求2所述的應力記憶高分子材料，其特征在于：Tε ε hlgh， T2〈Thigh。4. 一種應力記憶高分子材料的制備方法，其特征在于制備過程包括預處理(移除塑性 應變）和預處理后的應力記憶編程，所述應力記憶編程包括以下步驟 i. 加熱所述應力記憶高分子材料至T1; ii. 拉伸所述應力記憶高分子材料至ε : s; iii. 在eIS應變下保持一段時間； iv. 在￡l.s應變下冷卻至T2。5. 根據權利要求4所述的應力記憶高分子材料的制備方法，其特征在于，所述的預處 理流程包括以下步驟： a. 在THlgh下將樣品拉伸至ε hlgh，THlgh高于所述應力記憶高分子材料的轉變溫度； b. 在^_應變下保持一段時間； c. 在ehigh應變下將樣品降溫至TlOT，并再保持一段時間，TlcJ￡于所述應力記憶高分 子材料的轉變溫度； d. 卸載約束，使所述應力記憶高分子材料內應力松弛； e. 重新加熱至THlgh進行應力回復； f. 重復步驟a-e 3-10次。6. 根據權利要求5所述的應力記憶高分子材料的制備方法，其特征在于：Tε S〈 ε high，T2〈Thigh。7. -種智能壓力裝置，其特征在于：包括承載層（1 )、固定在所述承載層（1)上的工作 單元和穿戴部件（5)，所述工作單元包括應力記憶高分子材料（2)和與所述應力記憶高分 子材料（2)緊貼的加熱系統（3); 所述智能壓力裝置通過所述穿戴部件（5)穿戴到使用者身上后，所述承載層（1)繃緊 并使固定在所述承載層（1)上的應力記憶高分子材料（2)產生約束應變。8. 根據權利要求7所述的智能壓力裝置，其特征在于：所述加熱系統（3)選用電阻織 物、薄膜加熱元件、光熱轉換材料或磁感應發熱劑。9. 根據權利要求7所述的智能壓力裝置，其特征在于：具有多個沿所述承載層長度方 向依次布置的工作單元。10. 根據權利要求7所述的智能壓力裝置，其特征在于：所述工作單元包括一體化的記 憶高分子材料（2)和多個加熱系統（3)，所述多個加熱系統（3)能夠對所述記憶高分子材料 (2)的局部進行加熱。11. 根據權利要求7-10任意一項所述的智能壓力裝置，其特征在于：所述應力記憶高 分子材料（2)選用權利要求1、2或3所述的應力記憶高分子材料。12. 根據權利要求11所述的智能壓力裝置，其特征在于：所述應力記憶高分子材料（2) 選用權利要求3所述的應力記憶高分子材料，所述約束應變小于ε13. 根據權利要求7-10任意一項所述的智能壓力裝置，其特征在于：所述應力記憶高 分子材料（2)選用應力記憶織物或應力記憶泡沫。
【文檔編號】C08G18/42GK105860019SQ201510037396
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月23日
【發明人】胡金蓮, 庫馬爾·畢頻, 韓建平, 朱勇, 武友, 納拉亞納·哈里什庫馬爾
【申請人】理大產學研基地(深圳)有限公司