CN101332647A - 形状记忆聚合物及其复合材料智能模具制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
形状记忆聚合物及其复合材料智能模具制备方法及应用，本发明涉及形状记忆聚合物及其复合材料智能模具的制备方法和在材料成型工艺中的应用。它是为了解决传统模具在材料成型工艺过程中的不可重复使用性，劳动成本高、材料生产成本贵和生产效率差等问题，提出的以形状记忆聚合物及其复合材料为原料制备智能模具方法及在材料成型领域中的应用。形状记忆聚合物及其复合材料智能模具制备方法及应用通过以下步骤实现：(一)确定聚合物和纤维增强相的种类；(二)复合材料的结构设计；(三)确定制备工艺；(四)确定固化方式；(五)将在形状记忆聚合物及其复合材料智能模具上固化的材料与模具脱模。
Description
技术领域
本发明涉及形状记忆聚合物及其复合材料智能模具的制备方法和在材料成型工艺中的应用。
背景技术
形状记忆聚合物由于可用于医学、航天、智能控制等领域，因此受到了越来越多的重视。形状记忆聚合物的形状记忆效应是由两个结构单元引起的，其中一个单元在任何温度下都是不发生形变的；而另一个单元在受到外场作用温度达到转变温度以后，就会发生可逆的形变。形状记忆聚合物在转变温度以下时，具有聚合物的基本特征；在转变温度以上时可以有很大的变形，应变可达百分之几百，而这样的变形又是可完全恢复的；它的聚合物材料具有树脂基聚合物材料所具有的高比强度、高比刚度等优异的力学性能。形状记忆聚合物的研究已相对成熟，出现了形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯、形状记忆苯乙烯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯、形状记忆聚降冰片烯等热固性和热塑性形状记忆聚合物材料。但在某些特殊应用领域，形状记忆聚合物复合材料不仅可以提高形状记忆聚合物的力学性能，同时还可以提高形状记忆聚合物的耐温性和耐老化性等许多性能。形状记忆聚合物及其复合材料智能模具不仅具有普通模具的使用性能，同时还具有降低劳动成本、降低材料生产成本、可重复使用性、清洁和提高生产效率等优点。
发明内容
本发明内容是为了解决传统模具在材料成型工艺过程中的不可重复使用性，劳动成本高、材料生产成本贵和生产效率差等问题，提出的以形状记忆聚合物及其复合材料为原料制备智能模具方法及在材料成型领域中的应用。形状记忆聚合物及其复合材料智能模具制备方法及应用通过以下步骤实现：(一)按照模具的使用温度范围和驱动影响因素，确定形状记忆聚合物和纤维增强相地种类；(二)按照模具使用的力学性能要求和驱动影响因素对模具的影响程度确定纤维增强相的比重及复合材料的结构设计；(三)按照选定的形状记忆聚合物和纤维增强相的不同种类确定智能模具的制备工艺；(四)按照智能模具的不同制备工艺确定形状记忆聚合物及其复合材料智能模具的固化方式；(五)根据在智能模具上制备材料的形状不同，将形状记忆聚合物及其复合材料智能模具通过环境因素驱动变形成所要求的形状；(六)根据在智能模具固化成型材料采用的纤维增强相的不同，确定不同的材料成型工艺，然后在形状记忆聚合物及其复合材料智能模具上固化；(七)在形状记忆聚合物及其复合材料智能模具上的材料充分固化后，再通过改变环境影响因素，使形状记忆聚合物及其复合材料智能模具达到形变转变，形状记忆聚合物及其复合材料智能模具将自动恢复到原来的初始形状；(八)将在形状记忆聚合物及其复合材料智能模具上固化的材料与模具脱模。
附图说明
图1是具体实施方式二、三、四、五赋予形状记忆聚合物及其复合材料智能模具的细长型圆柱状初始形状；图2和图3是具体实施方式六，通过形状记忆聚合物及其复合材料智能模具具有的形状记忆效应，在环境影响因素改变的条件下使得模具自身的改变形状，获得暂时的形状，以这样暂时的形状在材料固化成型工艺中使用；图4，5是具体实施方式具体实施方式十四，在形状记忆聚合物及其复合材料智能模具表面材料固化后，通过具体实施方式七种的环境影响因素的改变驱动形状记忆聚合物及其复合材料智能模具，使得智能模具由暂时形状恢复到原料的初始形状，从而实现模具与其表面固化材料的脱离。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式形状记忆聚合物及其复合材料智能模具制备是由形状记忆聚合物和纤维增强相复合而成的复合材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于形状记忆聚合物及其复合材料智能模具按照重量份数比由0～40份纤维增强材料和60～100份形状记忆聚合物制成。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于形状记忆聚合物及其复合材料智能模具采用的形状记忆聚合物材料为形状记忆聚氨酯树脂、聚氨酯类形状记忆聚合物、异氰酸酯类形状记忆聚合物、苯乙烯类形状记忆聚合物、环氧类的热塑性形状记忆聚合物和热固性形状记忆聚合物。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于形状记忆聚合物及其复合材料智能模具采用的纤维增强材料为石墨纤维、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维和以上纤维织物及硼纤维、碳化硅纤维、碳粉、碳黑、碳纳米管中的一种或几种，当纤维增强材料为2种或2种以上时，纤维增强材料之间为任意比例。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于形状记忆聚合物及其复合材料智能模具的制备工艺为手糊、模压、热压、真空袋压、拉挤、缠绕和连续缠管工艺方法。
具体实施方式六：本实施方式是形状记忆聚合物及其复合材料智能模具的具体应用，通过形状记忆聚合物及其复合材料智能模具具有的形状记忆效应，在环境影响因素改变的条件下使得模具自身的改变形状，获得暂时的形状，以这样暂时的形状在材料固化成型工艺中使用；
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于影响智能模具形状记忆效应的环境因素包括热、溶液、PH值、电、磁、电磁和光以及两种或两种以上上述因素的协同作用。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于其适用工艺包括缠绕工艺、手糊工艺和真空袋压工艺。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于模具在应用时的形状比初始形状更粗更短。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于模具上固化材料的固化温度不超过模具的形状转变温度。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七的不同点在不同的环境影响因素是根据模具中不同纤维种类确定的；同一种类的纤维可实现几种环境影响因素的驱动。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式七的不同点在于溶液影响因素驱动方式包括溶剂和溶液。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于是通过环境因素的改变使得形状记忆聚合物及其复合材料智能模具达到形状转变温度，实现形状的变形；
具体实施方式十四：本实施方式是待在形状记忆聚合物及其复合材料智能模具表面材料固化后，再通过具体实施方式七种的环境影响因素的改变驱动形状记忆聚合物及其复合材料智能模具，使得智能模具由暂时形状恢复到原料的初始形状，从而实现模具与其表面固化材料的脱离。
Claims (10)
1、形状记忆聚合物及其复合材料智能模具制备方法及应用，其特征在于形状记忆聚合物及其复合材料智能模具具有形状记忆效应，使得在智能模具上固化后的材料，通过模具自身的变形实现与模具脱离或剥离，同时变形后的模具在环境因素作用下又可恢复到初始的形状。
2、根据权利要求1所述的形状记忆聚合物及其复合材料智能模具制备方法及应用，其应用特征在于形状记忆聚合物及其复合材料智能模具的应用方法通过以下步骤实现：(一)按照模具的使用温度范围和驱动影响因素，确定形状记忆聚合物和纤维增强相地种类；(二)按照模具使用的力学性能要求和驱动影响因素对模具的影响程度确定纤维增强相的比重及复合材料的结构设计；(三)按照选定的形状记忆聚合物和纤维增强相的不同种类确定智能模具的制备工艺；(四)按照智能模具的不同制备工艺确定形状记忆聚合物及其复合材料智能模具的固化方式；(五)根据在智能模具上制备材料的形状不同，将形状记忆聚合物及其复合材料智能模具通过环境因素驱动变形成所要求的形状；(六)根据在智能模具固化成型材料采用的纤维增强相的不同，确定不同的材料成型工艺，然后在形状记忆聚合物及其复合材料智能模具上固化；(七)在形状记忆聚合物及其复合材料智能模具上的材料充分固化后，再通过改变环境影响因素，使形状记忆聚合物及其复合材料智能模具达到形变转变，形状记忆聚合物及其复合材料智能模具将自动恢复到原来的初始形状；(八)将在形状记忆聚合物及其复合材料智能模具上固化的材料与模具脱模。
3、根据权利要求2所述的形状记忆聚合物及其复合材料智能模具制备方法及应用，其特征在于形状记忆聚合物及其复合材料智能模具按照重量份数比由0～40份纤维增强材料和60～100份形状记忆聚合物制成。
4、根据权利要求2所述的形状记忆聚合物及其复合材料智能模具制备方法及应用，其特征在于所述的形状记忆聚合物材料为形状记忆聚氨酯树脂、聚氨酯类形状记忆聚合物、异氰酸酯类形状记忆聚合物、苯乙烯类形状记忆聚合物、环氧类的热塑性形状记忆聚合物和热固性形状记忆聚合物。
5、根据权利要求2所述的形状记忆聚合物及其复合材料智能模具制备方法及应用，其特征在于纤维增强材料为石墨纤维、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维和以上纤维织物及硼纤维、碳化硅纤维、碳粉、碳黑、碳纳米管中的一种或几种，当纤维增强材料为2种或2种以上时，纤维增强材料之间为任意比例。
6、根据权利要求2所述的形状记忆聚合物及其复合材料智能模具制备方法及应用，其特征在于形状记忆聚合物及其复合材料智能模具的制备工艺为手糊、模压、热压、真空袋压、拉挤、缠绕和连续缠管工艺方法。
7、根据权利要求2所述的形状记忆聚合物及其复合材料智能模具的应用，其特征在于影响智能模具形状记忆效应的环境因素包括热、溶液、PH值、电、磁、电磁和光以及两种或两种以上上述因素的协同作用。
8、根据权利要求2所述的形状记忆聚合物及其复合材料智能模具的应用，其特征在于其适用工艺包括缠绕工艺、手糊工艺和真空袋压工艺。
9、根据权利要求7所述的影响智能模具形状记忆效应的环境因素，其特征在于不同的环境影响因素是根据模具中不同纤维种类确定的；同一种类的纤维可实现几种环境影响因素的驱动。
10、根据权利要求7所述的影响智能模具形状记忆效应的环境因素，其特征在于通过环境因素的改变使得形状记忆聚合物及其复合材料智能模具达到形状转变温度，实现形状的变形。
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