CN102729461A

CN102729461A - 用于形状记忆聚合物变刚度管加热系统

Info

Publication number: CN102729461A
Application number: CN2012102013505A
Authority: CN
Inventors: 刘彦菊; 陈善搏; 冯宁; 孙健; 冷劲松
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-10-17

Abstract

用于形状记忆聚合物变刚度管的加热系统，包括温度测量仪、可变功率高温水泵、止水阀、恒温加热水箱、可平行移动主管、滑道、2n个水管接头、不可移动主管，加热流体，不可移动主管一端封闭，不可移动主管的另外一端通过管道与可变功率高温水泵连接，可变功率高温水泵通过管道与止水阀连接，止水阀通过管道与恒温加热水箱连接，恒温加热水箱通过管道与可平行移动主管的一端连接，可平行移动主管的另外一端封闭；所述的水管接头的一端分别安装在可平行移动主管或不可移动主管的管壁的螺纹孔上，每个水管接头的另外一端与一根变刚度管紧密连接。本发明可以使形状记忆聚合物变刚度管在不同温度条件下恒温且均匀受热。

Description

用于形状记忆聚合物变刚度管加热系统

技术领域

本发明涉及一种加热系统，具体涉及一种用于形状记忆聚合物变刚度管加热系统。

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。形状记忆聚合物材料在一定条件作用下能够主动产生高达100％的大回复变形，因此在智能主动变形结构研究领域显示出巨大的应用潜力。形状记忆聚合物按激励形式的不同可分为热致、电致、光致和溶液驱动等类型。其中，热致型形状记忆聚合物具有激励形式简单、可回复形变量大和响应速度快等优点，是研究最为广泛和深入的。热致形状记忆聚合物的热-机械变形过程：在玻璃化转变温度Tg以上，对形状记忆聚合物(起始态)施加外力使其变形；在保持外界约束的前提下，使其降温至Tg以下一定温度，撤去外界约束，所赋变形能被长期保持下来(变形态)；当再次加热至玻璃化转变温度以上时，形状记忆聚合物能自动发生形状回复(回复态)。至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的变形循环。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，在很多领域得到充分应用。

由形状记忆聚合物及特殊纤维缠绕而成的变刚度管不仅具有形状记忆聚合物的记忆性能而且比纯形状记忆聚合物做成的管刚度更大，韧性更好，是非常好的工程材料。变刚度管是利用纤维缠绕机通过数字电脑控制，采用湿法纤维缠绕方式进行加工得到的。其特性是在玻璃化转变温度之下时可以保持一个较大的刚度，当对管子加热达到玻璃化转变温度后，管子刚度急剧缩小，在外力的作用下可以实现非常大的变形，当撤去外力后持续加热则管子可以回复到原来的形态，从而通过加热实现了刚度的变化，由这种管子制成的复合材料可应用于各种需要改变刚度和变形能力的领域。

发明内容

本发明涉及一种用于形状记忆聚合物变刚度管加热的系统。解决现有的形状记忆聚合物变刚度管加热方式不均匀导致局部温度过高使管子破坏或局部加热温度不够导致加热效率缓慢，进而制约了形状记忆聚合物变刚度管的应用这一难题。

本发明所采用的技术如下：

用于形状记忆聚合物变刚度管的加热系统，包括温度测量仪、可变功率高温水泵、止水阀、恒温加热水箱、可平行移动主管、滑道、2n个水管接头、不可移动主管，加热流体，不可移动主管一端封闭，另外一端安装有温度测量仪，同时不可移动主管的另外一端通过管道与可变功率高温水泵连接，可变功率高温水泵通过管道与止水阀连接，止水阀通过管道与恒温加热水箱连接，恒温加热水箱通过管道与可平行移动主管的一端连接，可平行移动主管的另外一端封闭；可平行移动主管安装在滑道上，可平行移动主管能够因变刚度管长度的不同沿滑道滑动，从而调节其与不可移动主管之间的距离；可平行移动主管和不可移动主管的管壁上相对应分别设置有n个螺纹孔，所述的水管接头的一端分别安装在可平行移动主管或不可移动主管的管壁的螺纹孔上，每个水管接头的另外一端与一根变刚度管紧密连接，使加热流体能够在本系统内循环流动；所述的n为大于等于1的整数。

本发明可以使形状记忆聚合物变刚度管在不同温度条件下恒温且均匀受热，实现了只用一个系统便可对于不同玻璃化转变温度下的各式形状记忆聚合物变刚度管加热的目标。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中1、温度测量仪，2、可变功率高温水泵，3、止水阀，4、管道，5、恒温加热水箱，6、可平行移动主管，7、滑道，8、柔性机体，9、水管接头，10、不可移动主管，11、变刚度管。

具体实施方式：

实施例1：用于形状记忆聚合物变刚度管的加热系统，包括温度测量仪、可变功率高温水泵、止水阀、恒温加热水箱、可平行移动主管、滑道、6个水管接头、不可移动主管，加热流体，不可移动主管一端封闭，另外一端安装有温度测量仪，同时不可移动主管的另外一端通过管道与可变功率高温水泵连接，可变功率高温水泵通过管道与止水阀连接，止水阀通过管道与恒温加热水箱连接，恒温加热水箱通过管道与可平行移动主管的一端连接，可平行移动主管的另外一端封闭；可平行移动主管安装在滑道上，可平行移动主管能够因变刚度管长度的不同沿滑道滑动，从而调节其与不可移动主管之间的距离；可平行移动主管和不可移动主管的管壁上相对应分别设置有3个螺纹孔，所述的水管接头的一端分别安装在可平行移动主管或不可移动主管的管壁的螺纹孔上，每个水管接头的另外一端与一根变刚度管紧密连接，使加热流体能够在本系统内循环流动。

实施例2：变刚度管端头预处理，先用橡胶套将变刚度管外部包裹起来，包裹长度和变径金属连接件的长度相当即可，然后外部包覆有柔性机体。将变刚度管套在水管接头上，并在已经套好的变刚度管端部用变径金属项圈将刚度管与水管接头连接间束紧。

实施例3：本实施方式所加热的变刚度管是用形状记忆聚合物材料及增强相材料编织缠绕而成，所用的形状记忆聚合物材料为苯乙烯系形状记忆聚合物、环氧树脂系形状记忆聚合物、氰酸酯系形状记忆聚合物、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯中的一种。所用的增强相材料为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维或形状记忆合金丝中的一种；或以上纤维的混合。碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维和形状记忆合金丝均为长纤维。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。

实施例4：

本系统的具体工作流程为步骤一、调节电加热水箱的加热温度对流体进行加热，直至达到适当温度(一般为管的玻璃化温度以下20度)；步骤二、打开止水阀及水泵使水循环起来，通过调节水泵的功率调节流速以调节管内流场从而控制管子的升温速度；步骤三、通过温度控制器显示的管内温度时时调节电加热水箱的加热功率，直至达到理想的恒定加热温度。

实施例5

本发明所述加热系统用于加热基于变刚度管制作的变刚度蒙皮的具体工作步骤为：

(一)在飞机机翼不需要变形时，该系统暂不工作；

(二)在飞机机翼需要改变外形时，随着机翼结构的变化，蒙皮需要满足较大的变形，此时需要启动该系统对蒙皮中的变刚度管进行加热，使蒙皮变形量加大从而满足机翼结构的变形。

基于变刚度管制作的变刚度蒙皮可用于变形弯曲机翼上，在实现机翼变形提高升阻比的同时蒙皮可通过适当的加热方式保证机翼蒙皮的连续，而该系统可完美解决对该类蒙皮的加热。针对该类复合材料蒙皮对于连接的苛刻性而特殊设计的连接件可保证在加热过程中虽然变刚度管加热刚度变小却不会脱落；通过恒温加热水箱和温度测量仪可保证对于变刚度管的恒温、控温加热，从而达到对于管的最好加热温度；变功率高温水泵的使用既控制了系统中水的加热速度也同时影响了加热系统终止后水的冷却速度。

Claims

1.用于形状记忆聚合物变刚度管的加热系统，包括温度测量仪、可变功率高温水泵、止水阀、恒温加热水箱、可平行移动主管、滑道、2n个水管接头、不可移动主管，加热流体，其特征在于：不可移动主管一端封闭，另外一端安装有温度测量仪，同时不可移动主管的另外一端通过管道与可变功率高温水泵连接，可变功率高温水泵通过管道与止水阀连接，止水阀通过管道与恒温加热水箱连接，恒温加热水箱通过管道与可平行移动主管的一端连接，可平行移动主管的另外一端封闭；可平行移动主管安装在滑道上，可平行移动主管能够因变刚度管长度的不同沿滑道滑动，从而调节其与不可移动主管之间的距离；可平行移动主管和不可移动主管的管壁上相对应分别设置有n个螺纹孔，所述的水管接头的一端分别安装在可平行移动主管或不可移动主管的管壁的螺纹孔上，每个水管接头的另外一端与一根变刚度管紧密连接，使加热流体能够在本系统内循环流动；所述的n为大于等于1的整数。