專利名稱：一種可折疊-展開的形狀記憶支撐管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形狀記憶支撐管及其制備方法。
背景技術(shù)：
形狀記憶材料是把已經(jīng)具有原始形狀的有形狀記憶功能的材料加熱到其形狀記 憶溫度以上，施加外力使其變形，在變形狀態(tài)下冷卻，凍結(jié)應(yīng)力，當(dāng)再加熱到一定溫度，使得 材料儲(chǔ)存的應(yīng)力得以釋放從而回復(fù)到原始的形狀?，F(xiàn)有的應(yīng)用于空間的形狀記憶合金支撐 管的力學(xué)性能很強(qiáng)，但是這種支撐管的折疊后所占的體積大，重量大，不便于升空攜帶，限 制了形狀記憶合金作為空間結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的利用形狀記憶合金制備的形狀記憶支撐管折疊后 所占的體積大和重量大的問題，而提供一種可折疊-展開的形狀記憶支撐管及其制備方 法。本發(fā)明的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管由聚酰亞胺內(nèi)膽和包裹在聚酰亞 胺內(nèi)膽外的外壁組成，其中聚酰亞胺內(nèi)膽外的外壁從內(nèi)至外由預(yù)浸布層、電加熱層和隔熱 層組成，預(yù)浸布層由形狀記憶復(fù)合材料制成，電加熱層由兩層聚酰亞胺薄膜和位于兩層聚 酰亞胺薄膜之間蛇形排布的電加熱導(dǎo)線組成，隔熱層由聚酰亞胺薄膜構(gòu)成，形狀記憶支撐 管展開后的形狀為中空圓柱體形狀的管，圓柱體形狀管的兩端分別用鋁蓋密封，從圓柱體 形管一側(cè)的鋁蓋上引出聚酰亞胺內(nèi)膽的通氣管和電加熱層的電加熱導(dǎo)線。本發(fā)明的一種可折疊-展開的形狀記憶支撐管的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、 按質(zhì)量份數(shù)比稱取70份 90份環(huán)氧樹脂E-51、10份 30份聚丙二醇二縮水甘油醚和12 份 15份4，4’ - 二氨基二苯甲烷并加入到反應(yīng)器中，在溫度為80°C 85°C的條件下攪拌 5min^l0min,降至室溫，得到形狀記憶樹脂膠液；二、按形狀記憶支撐管的內(nèi)表面積的尺寸 剪取長為a、寬為b+2cm的矩形纖維布，并將纖維布置于溫度為70°C 80°C的烘箱中處理 0. 8tTl. 5h，然后按纖維布與形狀記憶樹脂膠液的質(zhì)量比為1 :4、將經(jīng)步驟一制備的形狀 記憶樹脂膠液沿一個(gè)方向均勻涂刷在纖維布上，再放在溫度為80°C 85°C的烘箱中處理 20mirT25min，得到預(yù)浸布，再將預(yù)浸布的長度為a的兩邊縫合，縫合直線與邊緣的距離為 lcm，得到長為a、直徑為b/π的預(yù)浸布管；三、按長為a、直徑cNv^+dcnTScm)制作圓柱 體形狀的聚酰亞胺內(nèi)膽，在圓柱體形狀聚酰亞胺內(nèi)膽的一個(gè)底面上連接通氣管；四、按長 為a、寬為b剪取兩塊矩形聚酰亞胺薄膜，在一塊聚酰亞胺薄膜上蛇形排布加熱導(dǎo)線，加熱 導(dǎo)線間距為10mm，加熱導(dǎo)線用膠黏劑固定在聚酰亞胺薄膜上，然后將另一塊聚酰亞胺薄膜 覆上，使加熱導(dǎo)線位于兩層聚酰亞胺薄膜之間，且加熱導(dǎo)線的兩個(gè)連接接頭位于聚酰亞胺 薄膜的同一寬邊側(cè)，再將兩層聚酰亞胺薄膜用膠黏劑固定，得到電加熱層；五、聚酰亞胺內(nèi) 膽裝入經(jīng)步驟二制備的預(yù)浸布管內(nèi)，向聚酰亞胺內(nèi)膽充氣，使預(yù)浸布管展開呈圓柱體形狀， 然后將經(jīng)步驟四制備的電加熱層包裹在預(yù)浸布管外，接口處用膠黏劑固定；接著再在電加熱層外纏上隔熱層，隔熱層由3層飛層聚酰亞胺薄膜構(gòu)成，得到圓柱形管；六將圓柱形管 的電加熱層的加熱導(dǎo)線通電，使圓柱形管升溫至80°C 85°C的并保持3tT3. 5h，繼續(xù)升溫至 150°C 155°C并保持4. 5tT5h，得到預(yù)浸布固化的圓柱體形管；七在預(yù)浸布固化的圓柱體 形管的兩端加上鋁端蓋，并接出聚酰亞胺內(nèi)膽的通氣管和電加熱層的加熱導(dǎo)線，得到可折 疊-展開的形狀記憶支撐管；其中步驟二中的aXb的值等于形狀記憶支撐管的內(nèi)表面積。本發(fā)明的可折疊_展開的形狀記憶支撐管以形狀記憶復(fù)合材料做為其一結(jié)構(gòu)層， 該層以輕度交聯(lián)的熱固性環(huán)氧樹脂為基體樹脂，并以纖維增強(qiáng)。本發(fā)明的可折疊-展開的 形狀記憶支撐管的折疊_展開原理是將形狀記憶支撐管加熱到形狀記憶復(fù)合材料的形狀 記憶溫度以上，進(jìn)行支撐管折疊變形，這樣體系在形狀記憶溫度以上進(jìn)行限制性折疊產(chǎn)生 存儲(chǔ)應(yīng)力能，然后快速冷卻，就可獲得這種折疊形態(tài)的暫時(shí)形狀。如果加熱到形狀記憶復(fù)合 材料的恢復(fù)溫度，支撐管便會(huì)釋放存儲(chǔ)的應(yīng)力能，轉(zhuǎn)變?yōu)樵瓉淼男螤?，即展開狀態(tài)。本發(fā)明的可折疊_展開的形狀記憶支撐管用于空間時(shí)的具體操作過程為在地面 將充氣展開的可折疊_展開的形狀記憶支撐管加熱到材料形狀記憶溫度以上，使材料變?nèi)?軟后折疊打包，發(fā)射升空到達(dá)預(yù)定軌道后，對整個(gè)體系進(jìn)行加熱，直到形狀記憶復(fù)合材料的 恢復(fù)溫度，充氣展開，支撐管完全展開后，停止加熱，當(dāng)整個(gè)體系溫度低于材料的形狀記憶 恢復(fù)溫度后，支撐管表現(xiàn)出剛性，可以執(zhí)行其支撐功能。本發(fā)明的可折疊_展開的形狀記憶支撐管，由有機(jī)的薄膜及高分子聚合物制成， 質(zhì)量為同體積的形狀記憶合金的十分之一至八分之一，質(zhì)量輕，折疊后所占的體積僅為同 體積的形狀記憶合金的四分之一至五分之一，而且在低于材料的形狀記憶恢復(fù)溫度時(shí)，可 折疊_展開的形狀記憶支撐管的拉伸強(qiáng)度為68MPiTl50MPa，能夠滿足空間充氣展開形狀記 憶支撐管的強(qiáng)度要求，便于飛行器攜帶升空。本發(fā)明在形狀記憶支撐管展開到并且溫度高 于形狀記憶溫度時(shí)，對體系進(jìn)行充氣，以此來提高體系的回復(fù)力，支撐管的形狀很快會(huì)恢復(fù) 到999Γ100%。當(dāng)結(jié)構(gòu)體系展開，并冷卻到形狀記憶溫度15°C以下時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)再次變成剛性， 且不需要充氣壓力進(jìn)行支撐。而且折疊后再展開，形狀恢復(fù)率可達(dá)到999Γ100% ；支撐能力 強(qiáng)；室溫條件下，存儲(chǔ)期長達(dá)3年，在2年時(shí)間內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)性能下降的現(xiàn)象。


圖1是具體實(shí)施方式

一的可折疊-展開的形狀記憶支撐管展開時(shí)的截面圖，其中 1為隔熱層，2為電加熱層；3為預(yù)浸布層；4為聚酰亞胺內(nèi)膽。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式

一本實(shí)施方式的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管由聚酰亞胺 內(nèi)膽4和包裹在聚酰亞胺內(nèi)膽外的外壁組成，其中聚酰亞胺內(nèi)膽外的外壁從內(nèi)至外由預(yù)浸 布層3、電加熱層2和隔熱層1組成，預(yù)浸布層3由形狀記憶復(fù)合材料制成，電加熱層2由兩 層聚酰亞胺薄膜和位于兩層聚酰亞胺薄膜之間蛇形排布的電加熱導(dǎo)線組成，隔熱層1由聚 酰亞胺薄膜構(gòu)成，形狀記憶支撐管展開后的形狀為中空圓柱體形狀的管，圓柱體形狀管的 兩端分別用鋁蓋密封，從圓柱體形管一側(cè)的鋁蓋上引出聚酰亞胺內(nèi)膽的通氣管和電加熱層 的電加熱導(dǎo)線。本實(shí)施方式的可折疊-展開的形狀記憶支撐管，由有機(jī)的薄膜及高分子聚合物制成，質(zhì)量為同體積的形狀記憶合金的十分之一至八分之一，質(zhì)量輕，折疊后所占的體積僅為 同體積的形狀記憶合金的四分之一至五分之一，而且在低于材料的形狀記憶恢復(fù)溫度時(shí)， 可折疊_展開的形狀記憶支撐管的拉伸強(qiáng)度為68MPiTl50MPa，能夠滿足空間充氣展開形狀 記憶支撐管的強(qiáng)度要求，便于飛行器攜帶升空。本實(shí)施方式在形狀記憶支撐管展開到并且 溫度高于形狀記憶溫度時(shí)，對體系進(jìn)行充氣，以此來提高體系的回復(fù)力，支撐管的形狀很快 會(huì)恢復(fù)到999Γ100%。當(dāng)結(jié)構(gòu)體系展開，并冷卻到形狀記憶溫度15°C以下時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)再次變 成剛性，且不需要充氣壓力進(jìn)行支撐。而且折疊后再展開，形狀恢復(fù)率可達(dá)到999Γ100% ；支 撐能力強(qiáng)；室溫條件下，存儲(chǔ)期長達(dá)3年，在2年時(shí)間內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)性能下降的現(xiàn)象。具體實(shí)施方式

二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

一不同的是預(yù)浸布層3由形狀記 憶復(fù)合材料制成，形狀記憶復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行a、按質(zhì)量份數(shù)比稱取70 份 90份環(huán)氧樹脂E-51、10份 30份聚丙二醇二縮水甘油醚和12份 15份4，4，- 二氨 基二苯甲烷，在溫度為80°C 85°C的條件下攪拌5mirTl0min，降至室溫，得到形狀記憶樹脂 膠液；b、將纖維布置于溫度為70°C 80°C的烘箱中處理0. 8tTl. 5h，然后按纖維布與形狀 記憶樹脂膠液的質(zhì)量比為1 :4、將經(jīng)步驟a制成的形狀記憶樹脂膠液沿一個(gè)方向均勻涂 刷在纖維布上，再放在溫度為80°C 85°C的烘箱中處理20mirT25min，得到預(yù)浸布；C、將經(jīng) 步驟b得到的預(yù)浸布升溫至80°C 85°C并保持3h 3. 5h，繼續(xù)升溫至150°C 155°C并保持 4. 5tT5h，得到形狀記憶復(fù)合材料。其它與具體實(shí)施方式

一相同。本實(shí)施方式的形狀記憶復(fù)合材料可以保證形狀記憶支撐管具有可折疊_展開的 功能。具體實(shí)施方式

三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

一或二不同的是形狀記憶復(fù)合材 料的制備方法按以下步驟進(jìn)行a、按質(zhì)量份數(shù)比稱取80份環(huán)氧樹脂E-51、20份聚丙二醇二 縮水甘油醚和13份4，4’ - 二氨基二苯甲烷，在溫度為82°C的條件下攪拌8min，降至室溫， 得到形狀記憶樹脂膠液；b、將纖維布置于溫度為75°C的烘箱中處理1. 0h，然后按纖維布與 形狀記憶樹脂膠液的質(zhì)量比為1 :6將經(jīng)步驟a制成的形狀記憶樹脂膠液沿一個(gè)方向均勻 涂刷在纖維布上，再放在溫度為82°C的烘箱中處理23min，得到預(yù)浸布；C、將經(jīng)步驟b得到 的預(yù)浸布升溫至83°C并保持3. 2h，繼續(xù)升溫至153°C并保持4. 8h，得到形狀記憶復(fù)合材料。 其它與具體實(shí)施方式

一或二相同。具體實(shí)施方式

四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

一至三之一不同的是隔熱層1由3 層 5層聚酰亞胺薄膜構(gòu)成。其它與具體實(shí)施方式

一至三之一相同。本實(shí)施方式的3層 5層聚酰亞胺薄膜具有保溫效果，可以使可折疊_展開的形狀 記憶支撐管快速升溫至形狀記憶溫度以上。具體實(shí)施方式

五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

一至四之一不同的是隔熱層1由4 層聚酰亞胺薄膜構(gòu)成。其它與具體實(shí)施方式

一至四之一相同。具體實(shí)施方式

六本實(shí)施方式的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管的制備方法 按以下步驟進(jìn)行一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取70份 90份環(huán)氧樹脂E-51、10份 30份聚丙二醇二 縮水甘油醚和12份 15份4，4’- 二氨基二苯甲烷并加入到反應(yīng)器中，在溫度為80°C 85°C 的條件下攪拌5mirTl0min，降至室溫，得到形狀記憶樹脂膠液；二、按形狀記憶支撐管的內(nèi) 表面積的尺寸剪取長為a、寬為b+2cm的矩形纖維布，并將纖維布置于溫度為70°C 80°C的 烘箱中處理0. 8tTl. 5h，然后按纖維布與形狀記憶樹脂膠液的質(zhì)量比為1 :4、將經(jīng)步驟一制備的形狀記憶樹脂膠液沿一個(gè)方向均勻涂刷在纖維布上，再放在溫度為80°C 85°C的烘 箱中處理20mirT25min，得到預(yù)浸布，再將預(yù)浸布的長度為a的兩邊縫合，縫合直線與邊緣 的距離為1cm，得到長為a、直徑為b/ π的預(yù)浸布管；三、按長為a、直徑d=b/ Ji+(lcm^3cm) 制作圓柱體形狀的聚酰亞胺內(nèi)膽4，在圓柱體形狀聚酰亞胺內(nèi)膽的一個(gè)底面上連接通氣管； 四、按長為a、寬為b剪取兩塊矩形聚酰亞胺薄膜，在一塊聚酰亞胺薄膜上蛇形排布加熱導(dǎo) 線，加熱導(dǎo)線間距為10mm，加熱導(dǎo)線用膠黏劑固定在聚酰亞胺薄膜上，然后將另一塊聚酰亞 胺薄膜覆上，使加熱導(dǎo)線位于兩層聚酰亞胺薄膜之間，且加熱導(dǎo)線的兩個(gè)連接接頭位于聚 酰亞胺薄膜的同一寬邊側(cè)，再將兩層聚酰亞胺薄膜用膠黏劑固定，得到電加熱層2 ；五、聚 酰亞胺內(nèi)膽裝入經(jīng)步驟二制備的預(yù)浸布管內(nèi)，向聚酰亞胺內(nèi)膽充氣，使預(yù)浸布管展開呈圓 柱體形狀，然后將經(jīng)步驟四制備的電加熱層2包裹在預(yù)浸布管外，接口處用膠黏劑固定；接 著再在電加熱層2外纏上隔熱層1，隔熱層由3層 5層聚酰亞胺薄膜構(gòu)成，得到圓柱體形 管；六將圓柱體形管的電加熱層2的加熱導(dǎo)線通電，使圓柱體形管升溫至80°C 85°C并保 持3h 3. 5h，繼續(xù)升溫至150°C 155°C并保持4. 5h 5h，得到預(yù)浸布層3固化的圓柱體形管； 七在預(yù)浸布層3固化的圓柱形體形管的兩端加上鋁端蓋，并接出聚酰亞胺內(nèi)膽的通氣管 和電加熱層的加熱導(dǎo)線，得到可折疊-展開的形狀記憶支撐管；其中步驟二中的aXb的值 等于形狀記憶支撐管的內(nèi)表面積。本實(shí)施方式的方法制備的可折疊_展開的形狀記憶支撐管，由有機(jī)的薄膜及高分 子聚合物制成，質(zhì)量為同體積的形狀記憶合金的十分之一至八分之一，質(zhì)量輕，折疊后所占 的體積僅為同體積的形狀記憶合金的四分之一至五分之一，而且在低于材料的形狀記憶恢 復(fù)溫度時(shí)，可折疊_展開的形狀記憶支撐管的拉伸強(qiáng)度為68MPiTl50MPa，能夠滿足空間充 氣展開形狀記憶支撐管的強(qiáng)度要求，便于飛行器攜帶升空。本實(shí)施方式在形狀記憶支撐管 展開到并且溫度高于形狀記憶溫度時(shí)，對體系進(jìn)行充氣，以此來提高體系的回復(fù)力，支撐管 的形狀很快會(huì)恢復(fù)到999Γ100%。當(dāng)結(jié)構(gòu)體系展開，并冷卻到形狀記憶溫度15°C以下時(shí)，結(jié) 構(gòu)會(huì)再次變成剛性，且不需要充氣壓力進(jìn)行支撐。而且折疊后再展開，形狀恢復(fù)率可達(dá)到 999Γ100% ；支撐能力強(qiáng)；室溫條件下，存儲(chǔ)期長達(dá)3年，在2年時(shí)間內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)性能下降的 現(xiàn)象。具體實(shí)施方式

七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六不同的是步驟一中按質(zhì)量份數(shù) 比稱取73份 87份環(huán)氧樹脂Ε-51、12份 28份聚丙二醇二縮水甘油醚和12. 5份 14. 5份 4，4’ - 二氨基二苯甲烷。其它與具體實(shí)施方式

六相同。具體實(shí)施方式

八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六或七不同的是步驟一中按質(zhì)量 份數(shù)比稱取80份環(huán)氧樹脂Ε-51、20份聚丙二醇二縮水甘油醚和13份4，4’- 二氨基二苯甲 烷。其它與具體實(shí)施方式

六或七相同。具體實(shí)施方式

九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六至八之一不同的是步驟一中環(huán) 氧樹脂Ε-51、聚丙二醇二縮水甘油醚和4，4’ - 二氨基二苯甲烷加入到反應(yīng)器中，在溫度為 Sl0C 84°C的條件下攪拌6mirT9min。其它與具體實(shí)施方式

六至八之一相同。具體實(shí)施方式

十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六至九之一不同的是步驟一中環(huán) 氧樹脂E-51、聚丙二醇二縮水甘油醚和4，4’ - 二氨基二苯甲烷加入到反應(yīng)器中，在溫度為 83°C的條件下攪拌8min。其它與具體實(shí)施方式

六至九之一相同。具體實(shí)施方式

十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六至十之一不同的是步驟二中所述的纖維布為芳綸纖維布、碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布、聚對苯撐苯并二惡唑 (PBO)纖維布，維克特拉聚乙烯(Vectran)纖維布或斯百克高強(qiáng)度聚乙烯(Spetrca)纖維 布。其它與具體實(shí)施方式

六至十之一相同。具體實(shí)施方式

十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六至十一之一不同的是步驟二 中剪裁好的纖維布置于溫度為72°C 78°C的烘箱中處理0. 9tTl. 3h。其它與具體實(shí)施方式

六至十一之一相同。本實(shí)施方式中將纖維布先進(jìn)行預(yù)處理，其作用是使纖維布變得柔軟，便于后序涂 刷的均勻，同時(shí)使吸附其上的可揮性物質(zhì)去除，避免可揮發(fā)性物質(zhì)在材料中形成氣泡，影響 可折疊_展開的形狀記憶支撐管的強(qiáng)度。具體實(shí)施方式

十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六至十二之一不同的是步驟二 中剪裁好的纖維布置于溫度為75°C的烘箱中處理1. Oh。其它與具體實(shí)施方式

六至十二之 一相同。具體實(shí)施方式

十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六至十三之一不同的是步驟二 中纖維布與形狀記憶樹脂膠液的質(zhì)量比為1 :5、。其它與具體實(shí)施方式

六至十三之一相 同。本實(shí)施方式的纖維布與形狀記憶樹脂膠液的質(zhì)量比的設(shè)置，可以保證可折疊-展 開的形狀記憶支撐管具有良好的可折疊-展開的記憶功能，并且具有良好的強(qiáng)度和韌性。具體實(shí)施方式

十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六至十四之一不同的是步驟二 中纖維布與形狀記憶樹脂膠液的質(zhì)量比為1 :7。其它與具體實(shí)施方式

六至十四之一相同。具體實(shí)施方式

十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六至十五之一不同的是步 驟二中形狀記憶樹脂膠液涂刷在纖維布上后，放在溫度為81°c 84°C的烘箱中處理 21mirT24min。其它與具體實(shí)施方式

六至十五之一相同。本實(shí)施方式的處理的作用是消除體系中的氣泡，因?yàn)槿绻w系中未消除的氣泡包 含中材料中，會(huì)降低材料的強(qiáng)度。具體實(shí)施方式

十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六至十六之一不同的是步驟五 中隔熱層由4層聚酰亞胺薄膜構(gòu)成。其它與具體實(shí)施方式

六至十六之一相同。本實(shí)施方式這樣的設(shè)置，可以保證良好的保溫效果，使可折疊-展開的形狀記憶 支撐管快速升溫至形狀記憶溫度以上。具體實(shí)施方式

十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六至十七之一不同的是步驟六 中使圓柱體形管升溫至81 °C 84°C并保持3. lh 3. 4h，繼續(xù)升溫至151 °C 154°C并保持 4.6tT4.9h。其它與具體實(shí)施方式

六至十七之一相同。本實(shí)施方式的處理的方式可以使形狀記憶樹脂固化完全，且交聯(lián)密度適中，如果 快速升溫將導(dǎo)致交聯(lián)密度過大，使材料的脆性加大。具體實(shí)施方式

十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式

六至十八之一不同的是步驟六 中使圓柱體形管升溫至83°C并保持3. 3h，繼續(xù)升溫至153°C并保持4. 8h。其它與具體實(shí)施 方式六至十八之一相同。具體實(shí)施方式

二十本實(shí)施方式的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管的制備方 法按以下步驟進(jìn)行一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取87份環(huán)氧樹脂E-51、13份聚丙二醇二縮水甘油 醚和13. 26份4，4’- 二氨基二苯甲烷，在溫度為80°C的條件下攪拌5min，降至室溫，得到形狀記憶樹脂膠液；二、按形狀記憶支撐管的內(nèi)表面積的尺寸剪取長為100cm、寬為33. 4cm的 矩形芳綸纖維布，并將芳綸纖維布置于溫度為80°C的烘箱中處理1. 0h，然后按芳綸纖維布 與形狀記憶樹脂膠液的質(zhì)量比為1 :4將經(jīng)步驟一制備的形狀記憶樹脂膠液沿一個(gè)方向均 勻涂刷在芳綸纖維布上，再放在溫度為80°C的烘箱中保持20min，得到預(yù)浸芳綸纖維布，再 將預(yù)浸芳綸纖維布的長度為IOOcm的兩邊緊密縫合，縫合直線與邊緣的距離為1cm，得到長 為100cm、直徑為10 cm的預(yù)浸芳綸纖維布管；三、按長為100cm、直徑12cm制成圓柱體形狀 的聚酰亞胺內(nèi)膽，在圓柱體的一個(gè)底面上連接通氣管；四、按長為100cm、寬為33. 4cm剪取 兩塊矩形聚酰亞胺薄膜，在一塊聚酰亞胺薄膜上蛇形排布加熱導(dǎo)線，加熱導(dǎo)線間距為10mm， 加熱導(dǎo)線用膠黏劑固定在聚酰亞胺薄膜上，然后將另一塊聚酰亞胺薄膜覆上，使加熱導(dǎo)線 位于兩層聚酰亞胺薄膜之間，且加熱導(dǎo)線的兩個(gè)連接接頭位于聚酰亞胺薄膜的同一寬邊 側(cè)，再將兩層聚酰亞胺薄膜用膠黏劑固定，得到電加熱層；五、將聚酰亞胺內(nèi)膽裝入經(jīng)步驟 二制備的預(yù)浸芳綸纖維布管內(nèi)，向聚酰亞胺內(nèi)膽充氣，使預(yù)浸芳綸纖維布管展開呈圓柱體 形狀，然后將經(jīng)步驟四制備的電加熱層包裹在預(yù)浸布管外，接口處用膠黏劑固定；接著再在 電加熱層外纏上隔熱層，隔熱層由3層聚酰亞胺薄膜構(gòu)成，得到圓柱形管；六將圓柱形管 的電加熱層的加熱導(dǎo)線通電，使圓柱形管升溫度至80°C并保持3. 5h，然后再升溫至150°C 并保持5. 5h，得到固化的圓柱形管；七在固化的圓柱形管的兩端加上鋁端蓋，并接出聚酰 亞胺內(nèi)膽的通氣管和電加熱層的加熱導(dǎo)線，得到可折疊-展開的形狀記憶支撐管。本發(fā)明的可折疊_展開的形狀記憶支撐管，由有機(jī)的薄膜及高分子聚合物制成， 質(zhì)量為同體積的形狀記憶合金的十分之一，質(zhì)量輕，折疊后所占的體積僅為同體積的形狀 記憶合金的四分之一，而且其處理低于材料的形狀記憶恢復(fù)溫度時(shí)的拉伸強(qiáng)度為98MPa，能 夠滿足空間充氣展開形狀記憶支撐管的強(qiáng)度要求，便于飛行器攜帶升空。本發(fā)明在形狀記 憶支撐管展開到并且溫度高于形狀記憶溫度時(shí)，對體系進(jìn)行充氣，以此來提高體系的回復(fù) 力，支撐管的形狀很快會(huì)恢復(fù)到99%。當(dāng)結(jié)構(gòu)體系展開，并冷卻到形狀記憶溫度15°C以下 時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)再次變成剛性，且不需要充氣壓力進(jìn)行支撐。而且折疊后再展開，形狀恢復(fù)率可 達(dá)到999Γ100% ；支撐能力強(qiáng)；室溫條件下，存儲(chǔ)期長達(dá)2年，在1年時(shí)間內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)性能下 降的現(xiàn)象。具體實(shí)施方式

二十一本實(shí)施方式的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管的制備 方法按以下步驟進(jìn)行一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取87份環(huán)氧樹脂Ε-51、13份聚丙二醇二縮水甘 油醚和13. 26份4，4’ - 二氨基二苯甲烷，在溫度為80°C的條件下攪拌5min，降至室溫，得 到形狀記憶樹脂膠液；二、剪取長為100cm、寬為33. 4cm的矩形碳纖維布，并將碳纖維布置 于溫度為80°C的烘箱中處理1. 0h，然后按碳纖維布與形狀記憶樹脂膠液的質(zhì)量比為1 :9將 經(jīng)步驟一制備的形狀記憶樹脂膠液沿一個(gè)方向均勻涂刷在碳纖維布上，再放在溫度為80°C 的烘箱中處理20min，得到預(yù)浸碳纖維布，再將預(yù)浸碳纖維布的長度為IOOcm的兩邊緊密縫 合，縫合直線與邊緣的距離為1cm，得到長為100cm、直徑為IOcm的預(yù)浸碳纖維布管；三、按 長為100cm、直徑12cm制作圓柱體形狀的聚酰亞胺內(nèi)膽，在圓柱體的一個(gè)底面上連接通氣 管；四、按長為100cm、寬為33. 4cm剪取兩塊矩形聚酰亞胺薄膜，在一塊聚酰亞胺薄膜上蛇 形排布加熱導(dǎo)線，加熱導(dǎo)線間距為10mm，加熱導(dǎo)線用膠黏劑固定在聚酰亞胺薄膜上，然后將 另一塊聚酰亞胺薄膜覆上，使加熱導(dǎo)線位于兩層聚酰亞胺薄膜之間，且加熱導(dǎo)線的兩個(gè)連 接接頭位于聚酰亞胺薄膜的同一寬邊側(cè)，再將兩層聚酰亞胺薄膜用膠黏劑固定，得到電加熱層；五、聚酰亞胺內(nèi)膽裝入經(jīng)步驟二制備的預(yù)浸碳纖維布管內(nèi)，向聚酰亞胺內(nèi)膽充氣，使 預(yù)浸碳纖維布管展開呈圓柱體形狀，然后將經(jīng)步驟四制備的電加熱層包裹在預(yù)浸布管外， 接口處用膠黏劑固定；接著再在電加熱層外纏上隔熱層，隔熱層由3層聚酰亞胺薄膜構(gòu)成， 得到圓柱形管；六將圓柱形管的電加熱層的加熱導(dǎo)線通電，使圓柱形管升溫至85°C并保 持3h，然后再升溫至155°C并保持5h，得到固化的圓柱形管；七在固化的圓柱形管的兩端 加上鋁端蓋，并接出聚酰亞胺內(nèi)膽的通氣管和電加熱層的加熱導(dǎo)線，得到可折疊-展開的 形狀記憶支撐管。 本發(fā)明的可折疊-展開的形狀記憶支撐管，由有機(jī)的薄膜及高分子聚合物制成， 質(zhì)量為同體積的形狀記憶合金的八分之一，質(zhì)量輕，折疊后所占的體積僅為同體積的形狀 記憶合金的四分之一，而且其處理低于材料的形狀記憶恢復(fù)溫度時(shí)的拉伸強(qiáng)度為120MPa， 能夠滿足空間充氣展開形狀記憶支撐管的強(qiáng)度要求，便于飛行器攜帶升空。本發(fā)明在形狀 記憶支撐管展開到并且溫度高于形狀記憶溫度時(shí)，對體系進(jìn)行充氣，以此來提高體系的回 復(fù)力，支撐管的形狀很快會(huì)恢復(fù)到100%。當(dāng)結(jié)構(gòu)體系展開，并冷卻到形狀記憶溫度15°C以 下時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)再次變成剛性，且不需要充氣壓力進(jìn)行支撐。而且折疊后再展開，形狀恢復(fù)率 可達(dá)到100% ；支撐能力強(qiáng)；室溫條件下，存儲(chǔ)期長達(dá)3年，在2年時(shí)間內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)性能下降 的現(xiàn)象。
權(quán)利要求
一種可折疊 展開的形狀記憶支撐管，其特征在于可折疊 展開的形狀記憶支撐管由聚酰亞胺內(nèi)膽(4)和包裹在聚酰亞胺內(nèi)膽外的外壁組成，其中聚酰亞胺內(nèi)膽外的外壁從內(nèi)至外由預(yù)浸布層(3)、電加熱層(2)和隔熱層(1)組成，預(yù)浸布層(3)由形狀記憶復(fù)合材料制成，電加熱層(2)由兩層聚酰亞胺薄膜和位于兩層聚酰亞胺薄膜之間蛇形排布的電加熱導(dǎo)線組成，隔熱層(1)由聚酰亞胺薄膜構(gòu)成，形狀記憶支撐管展開后的形狀為中空圓柱體形狀的管，圓柱體形狀管的兩端分別用鋁蓋密封，從圓柱體形管一側(cè)的鋁蓋上引出聚酰亞胺內(nèi)膽的通氣管和電加熱層的電加熱導(dǎo)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管，其特征在于預(yù)浸布層 (3)由形狀記憶復(fù)合材料制成，形狀記憶復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行a、按質(zhì)量份 數(shù)比稱取70份 90份環(huán)氧樹脂E-51、10份 30份聚丙二醇二縮水甘油醚和12份 15 份4，4- 二氨基二苯甲烷，在溫度為80°C 85°C的條件下攪拌5min lOmin，降至室溫，得 到形狀記憶樹脂膠液；b、將纖維布置于溫度為70V 80°C的烘箱中處理0. 8h 1. 5h，然 后按纖維布與形狀記憶樹脂膠液的質(zhì)量比為1 :4 9將經(jīng)步驟a制成的形狀記憶樹脂膠液 沿一個(gè)方向均勻涂刷在纖維布上，再放在溫度為80°C 85°C的烘箱中處理20min 25min， 得到預(yù)浸布；C、將經(jīng)步驟b得到的預(yù)浸布升溫至80°C 85°C并保持3h 3. 5h，繼續(xù)升溫 至150°C 155°C并保持4. 5h 5h，得到形狀記憶復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管，其特征在于隔熱 層(1)由3層 5層聚酰亞胺薄膜構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種可折疊-展開的形狀記憶支撐管的制備方法，其特征在 于可折疊_展開的形狀記憶支撐管的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按質(zhì)量份數(shù)比稱取70 份 90份環(huán)氧樹脂E-51、10份 30份聚丙二醇二縮水甘油醚和12份 15份4，4’ - 二 氨基二苯甲烷并加入到反應(yīng)器中，在溫度為80°C 85°C的條件下攪拌5min lOmin，降至 室溫，得到形狀記憶樹脂膠液；二、按形狀記憶支撐管的內(nèi)表面積的尺寸剪取長為a、寬為 b+2cm的矩形纖維布，并將纖維布置于溫度為70°C 80°C的烘箱中處理0. 8h 1. 5h，然后 按纖維布與形狀記憶樹脂膠液的質(zhì)量比為1 :4 9將經(jīng)步驟一制備的形狀記憶樹脂膠液沿 一個(gè)方向均勻涂刷在纖維布上，再放在溫度為80°C 85°C的烘箱中處理20min 25min， 得到預(yù)浸布，再將預(yù)浸布的長度為a的兩邊縫合，縫合直線與邊緣的距離為1cm，得到長為 a、直徑為b/π的預(yù)浸布管；三、按長為a、直徑d=b/π+(Icm 3cm)制作圓柱體形狀的聚 酰亞胺內(nèi)膽(4)，在圓柱體形狀聚酰亞胺內(nèi)膽的一個(gè)底面上連接通氣管；四、按長為a、寬為 b剪取兩塊矩形聚酰亞胺薄膜，在一塊聚酰亞胺薄膜上蛇形排布加熱導(dǎo)線，加熱導(dǎo)線間距為 10mm，加熱導(dǎo)線用膠黏劑固定在聚酰亞胺薄膜上，然后將另一塊聚酰亞胺薄膜覆上，使加熱 導(dǎo)線位于兩層聚酰亞胺薄膜之間，且加熱導(dǎo)線的兩個(gè)連接接頭位于聚酰亞胺薄膜的同一寬 邊側(cè)，再將兩層聚酰亞胺薄膜用膠黏劑固定，得到電加熱層(2);五、聚酰亞胺內(nèi)膽裝入經(jīng)步 驟二制備的預(yù)浸布管內(nèi)，向聚酰亞胺內(nèi)膽充氣，使預(yù)浸布管展開呈圓柱體形狀，然后將經(jīng)步 驟四制備的電加熱層(2)包裹在預(yù)浸布管外，接口處用膠黏劑固定；接著再在電加熱層(2) 外纏上隔熱層(1)，隔熱層(1)由3層 5層聚酰亞胺薄膜構(gòu)成，得到圓柱體形管；六將圓 柱體形管的電加熱層(2)的加熱導(dǎo)線通電，使圓柱體形管升溫至80°C 85°C并保持3h 3. 5h，繼續(xù)升溫至150°C 155°C并保持4. 5h 5h，得到預(yù)浸布層(3)固化的圓柱體形管； 七在預(yù)浸布層(3)固化的圓柱形體形管的兩端加上鋁端蓋，并接出聚酰亞胺內(nèi)膽的通氣管和電加熱層的加熱導(dǎo)線，得到可折疊-展開的形狀記憶支撐管；其中步驟二中的aXb的 值等于形狀記憶支撐管的內(nèi)表面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管的制備方法，其特征在 于步驟一中按質(zhì)量份數(shù)比稱取73份 87份環(huán)氧樹脂E-51、12份 28份聚丙二醇二縮水 甘油醚和12. 5份 14. 5份4，4- 二氨基二苯甲烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管的制備方法，其特 征在于步驟一中環(huán)氧樹脂E-51、聚丙二醇二縮水甘油醚和4，4- 二氨基二苯甲烷加入到反 應(yīng)器中，在溫度為81°C 84°C的條件下攪拌6min 9min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管的制備方法，其特征在 于步驟二中所述的纖維布為芳綸纖維布、碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布、聚對苯撐 苯并二惡唑纖維布，維克特拉聚乙烯纖維布或斯百克高強(qiáng)度聚乙烯纖維布。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、5或7所述的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管的制備方法，其 特征在于步驟二中剪裁好的纖維布置于溫度為72°C 78°C的烘箱中處理0. 9h 1. 3h。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管的制備方法，其特征在 于步驟二中纖維布與形狀記憶樹脂膠液的質(zhì)量比為1 :5 8。
10.根據(jù)權(quán)利要求4、5、7或9所述的一種可折疊_展開的形狀記憶支撐管的制備方 法，其特征在于步驟六中使圓柱體形管升溫至81°c 84°C并保持3. Ih 3. 4h，繼續(xù)升溫至 151 °C 154°C并保持 4. 6h 4. 9h。
全文摘要
一種可折疊-展開的形狀記憶支撐管及其制備方法，它涉及形狀記憶支撐管及其制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的形狀記憶合金的形狀記憶支撐管折疊后體積大和重量大的問題。本產(chǎn)品由聚酰亞胺內(nèi)膽和外壁組成，其中外壁從內(nèi)至外由預(yù)浸布層、電加熱層和隔熱層組成。制備方法先制備形狀記憶樹脂膠液，然后將膠液涂至預(yù)熱后的纖維布上，烘后縫合得到預(yù)浸布管；在兩層聚酰亞胺膜之間設(shè)置加熱導(dǎo)線，得到電加熱層，然后將圓柱體形狀的聚酰亞胺內(nèi)膽放在預(yù)浸布管內(nèi)，充氣，然后將電加熱層包在預(yù)浸布管外，再纏上聚酰亞胺隔熱層，然后升溫固化即可。支撐管質(zhì)量輕，體積小，形狀恢復(fù)率99%~100%，可用作空間結(jié)構(gòu)材料。
文檔編號(hào)B32B27/04GK101913270SQ201010235118
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者劉宇艷, 孫鶴, 譚惠豐, 韓春苗 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)