CN103398240A - 一种形状记忆聚合物变刚度管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种形状记忆聚合物变刚度管，由增强纤维材料编织缠绕成管状，增强纤维相材料外包裹有形状记忆聚合物。方法采用湿法纤维缠绕方式进行加工，在缠绕前，先将金属芯模加工好，并在芯模表面进行预处理；之后将芯模安装在纤维缠绕机的主轴上，调试纤维缠绕机程序并设定相关参数，将形状记忆聚合物倒在储液槽中，在纤维缠绕到芯模尾部时，纤维沿反方向继续缠绕构成一个缠绕循环，通过计算设定缠绕层数或缠绕循环次数使整个管缠绕至密封，将加工好的芯模放入炉子中加热固化，待固化好后脱模既得到形状记忆聚合物变刚度管。本发明具有如下优点：强度和刚度高；韧性更好；抗疲劳性更好；抗热性能好，热膨胀系数小。
Description
技术领域
本发明涉及一种形状记忆聚合物变刚度管及其制作方法。
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
本发明提供一种形状记忆聚合物变刚度管及其制作方法，弹性模量比纯SMP高数倍以上，应用于航空航天、机械、导弹及其他需要改变刚度和变形能力的领域。
本发明所采用的技术如下：
一种形状记忆聚合物变刚度管，由增强纤维材料编织缠绕成管状，增强纤维材料外包裹有形状记忆聚合物。
本发明还具有如下技术特征：
1、所述的形状记忆聚合物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。
2、所述的增强纤维材料为玻璃纤维增强相材料、碳纤维增强相材料、Kevlar纤维或形状记忆合金丝中的一种或几种混合。
3、一种形状记忆聚合物变刚度管的制作方法，方法如下：采用湿法纤维缠绕方式进行加工，在缠绕前，先将金属芯模加工好，并在芯模表面进行预处理；之后将芯模安装在纤维缠绕机的主轴上，调试纤维缠绕机程序并设定相关参数：缠绕速度、缠绕半径、缠绕角度、纤维预紧力、起始位置及终点位置，将形状记忆聚合物倒在储液槽中，将增强纤维穿过储液槽系到芯模的起始端，在缠绕一层以后，设定封头停留角度，在纤维缠绕到芯模尾部时，纤维沿反方向继续缠绕构成一个缠绕循环，从而形成一个局部镂空的管状结构，通过计算设定缠绕层数或缠绕循环次数可使整个管缠绕至密封，从而完成了整个变刚度管件的制作，将加工好的芯模放入炉子中加热固化，待固化好后脱模既得到形状记忆聚合物变刚度管。
4、所述的纤维缠绕角度为10°-70°，缠绕层数大于2层。
本发明具有如下优点：本形状记忆聚合物变刚度管强度和刚度高；韧性更好；抗疲劳性更好；抗热性能好，热膨胀系数小；相比板结构，管结构易于加热。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；其中1、增强纤维，2、纤维缠绕角度，3、纤维缠绕层。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种形状记忆聚合物变刚度管，由增强纤维材料编织缠绕成管状，增强纤维相材料外包裹有形状记忆聚合物。所述的形状记忆聚合物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。所述的增强纤维材料为玻璃纤维增强相材料、碳纤维增强相材料、Kevlar纤维或形状记忆合金丝中的一种或几种混合。
实施例2
一种形状记忆聚合物变刚度管的制作方法，如下：采用湿法纤维缠绕方式进行加工，在缠绕前，先将金属芯模加工好，并在芯模表面进行预处理；之后将芯模安装在纤维缠绕机的主轴上，调试纤维缠绕机程序并设定相关参数：缠绕速度、缠绕半径、缠绕角度、纤维预紧力、起始位置及终点位置，将形状记忆聚合物倒在储液槽中，将增强纤维穿过储液槽系到芯模的起始端，在缠绕一层以后，设定封头停留角度，在纤维缠绕到芯模尾部时，纤维沿反方向继续缠绕构成一个缠绕循环，从而形成一个局部镂空的管状结构，通过计算设定缠绕层数或缠绕循环次数使整个管缠绕至密封，从而完成了整个变刚度管件的制作，将加工好的芯模放入炉子中加热固化，待固化好后脱模既得到形状记忆聚合物变刚度管。本实施方式所加工的变刚度管的纤维缠绕角度为10°-70°，缠绕层数大于2层。
实施例3
一种形状记忆聚合物变刚度管，该复合材料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。在缠绕前，先将金属芯模加工好，并在芯模表面进行预处理，如涂附脱模剂或缠绕脱模布；之后将芯模安装在纤维缠绕机的主轴上，调试程序并设定相关参数，如缠绕速度，缠绕半径，缠绕角度，纤维预紧力，起始位置及终点位置，设置缠绕速度时须考虑芯模直径，避免局部纤维缠绕不均匀，对于直径为4mm、缠绕角度为35°的变刚度管，设定转轴速度为20r/min，纤维预紧力为5N；将形状记忆聚合物倒在储液槽中，将增强纤维穿过储液槽系到芯模的起始端，待缠绕时纤维通过储液槽时可使树脂均匀覆盖于纤维上，直至缠绕完成。将加工好的芯模放入炉子中加热固化，待固化好后脱模既得到形状记忆聚合物变刚度管。
本形状记忆聚合物变刚度管，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。
对于编织角度为35°的SMPC及苯乙烯SMP实验试件，分别进行五组拉伸试验，拉伸温度为室温23℃。SMPC变刚度管的拉伸模量为3020.1±183.2MPa，而SMP的拉伸模量为819.8±43.29MPa，模量增加了3.6倍；对而于编织角度为45°的SMPC试件，在相同情况下测得SMPC变刚度管的拉伸模量为4168.5±312.6MPa，模量增加了5.0倍。
实施例4
本实施方式所加工的变刚度管的具体变刚度过程为：当复合材料管在玻璃化转变温度之下时可以保持一个较大的刚度，此时对复合材料管进行适当刺激，如热刺激、磁刺激、电刺激或光刺激等，当达到某一程度以后，即达到复合材料管自身的玻璃化转变状态后，复合材料管的刚度开始发生转变，由于形状记忆聚合物在达到玻璃化转变温度后刚度会变小，因此复合材料管的整体刚度也开始变小，从而可以满足在外力作用下产生大变形，当撤去外力后持续施加刺激则管子可以使复合材料管回复到原来的形态，从而实现了复合材料管自身刚度的变化。
Claims (5)
1.一种形状记忆聚合物变刚度管，其特征在于：由增强纤维材料编织缠绕成管状，增强纤维材料外包裹有形状记忆聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种形状记忆聚合物变刚度管，其特征在于：所述的形状记忆聚合物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。
3.根据权利要求1所述的一种形状记忆聚合物变刚度管，其特征在于：所述的增强纤维材料为玻璃纤维增强相材料、碳纤维增强相材料、Kevlar纤维或形状记忆合金丝中的一种或几种混合。
4.一种形状记忆聚合物变刚度管的制作方法，其特征在于，方法如下：采用湿法纤维缠绕方式进行加工，在缠绕前，先将金属芯模加工好，并在芯模表面进行预处理；之后将芯模安装在纤维缠绕机的主轴上，调试纤维缠绕机程序并设定相关参数：缠绕速度、缠绕半径、缠绕角度、纤维预紧力、起始位置及终点位置，将形状记忆聚合物倒在储液槽中，将增强纤维穿过储液槽系到芯模的起始端，在缠绕一层以后，设定封头停留角度，在纤维缠绕到芯模尾部时，纤维沿反方向继续缠绕构成一个缠绕循环，从而形成一个局部镂空的管状结构，通过计算设定缠绕层数或缠绕循环次数使整个管缠绕至密封，从而完成了整个变刚度管件的制作，将加工好的芯模放入炉子中加热固化，待固化好后脱模既得到形状记忆聚合物变刚度管。
5.根据权利要求4所述的一种形状记忆聚合物变刚度管的制作方法，其特征在于：所述的纤维缠绕角度为10°-70°，缠绕层数大于2层。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104443438A (zh) * | 2014-11-08 | 2015-03-25 | 哈尔滨工业大学 | 智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构 |
| CN104894838A (zh) * | 2015-06-09 | 2015-09-09 | 苏州威尔德工贸有限公司 | 一种Ti2Cu/聚氨酯的壳核形状记忆纤维及其制备方法 |
| CN106995050A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-08-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的sma作动器 |
| CN109397723A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-01 | 郑州郑飞木业有限责任公司 | 一种导引筒的制作工艺 |
| CN110785280A (zh) * | 2017-06-28 | 2020-02-11 | 秦内蒂克有限公司 | 包含形状记忆合金线的材料和制备这些材料的方法 |
| CN111350784A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-06-30 | 浙江理工大学 | 一种植入刚度驱动器的螺旋弹簧制备方法及其制得的弹簧 |
| CN112571822A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-03-30 | 上海新力动力设备研究所 | 适用于带药缠绕的记忆非金属芯模结构及壳体成型方法 |
| CN112647283A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-13 | 南京金榜麒麟家居股份有限公司 | 具有高散湿性的改性蚕丝纤维及其制备方法 |
| CN115654052A (zh) * | 2022-10-18 | 2023-01-31 | 武汉纺织大学 | 一种压缩型管状形状记忆复合结构及其制造方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2052340U (zh) * | 1989-05-22 | 1990-02-07 | 武汉工业大学 | 90°弯管纤维缠线机 |
| CN101513932A (zh) * | 2009-03-30 | 2009-08-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种可改变刚度的变形机翼蒙皮 |
| CN101775177A (zh) * | 2010-02-11 | 2010-07-14 | 哈尔滨工业大学 | 氨纶纤维增强形状记忆聚合物复合材料 |
| CN101879941A (zh) * | 2010-07-27 | 2010-11-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种变刚度机翼蒙皮 |
| CN102729461A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-10-17 | 哈尔滨工业大学 | 用于形状记忆聚合物变刚度管加热系统 |
| CN103112173A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-05-22 | 江苏金波新材料科技有限公司 | 一种纤维缠绕增强复合管材的制备方法 |
-
2013
- 2013-06-09 CN CN2013102455562A patent/CN103398240A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2052340U (zh) * | 1989-05-22 | 1990-02-07 | 武汉工业大学 | 90°弯管纤维缠线机 |
| CN101513932A (zh) * | 2009-03-30 | 2009-08-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种可改变刚度的变形机翼蒙皮 |
| CN101775177A (zh) * | 2010-02-11 | 2010-07-14 | 哈尔滨工业大学 | 氨纶纤维增强形状记忆聚合物复合材料 |
| CN101879941A (zh) * | 2010-07-27 | 2010-11-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种变刚度机翼蒙皮 |
| CN102729461A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-10-17 | 哈尔滨工业大学 | 用于形状记忆聚合物变刚度管加热系统 |
| CN103112173A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-05-22 | 江苏金波新材料科技有限公司 | 一种纤维缠绕增强复合管材的制备方法 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104443438A (zh) * | 2014-11-08 | 2015-03-25 | 哈尔滨工业大学 | 智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构 |
| CN104894838A (zh) * | 2015-06-09 | 2015-09-09 | 苏州威尔德工贸有限公司 | 一种Ti2Cu/聚氨酯的壳核形状记忆纤维及其制备方法 |
| CN106995050A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-08-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的sma作动器 |
| CN106995050B (zh) * | 2017-04-14 | 2019-07-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于薄壁圆柱壳动刚度主动增强的sma作动器 |
| CN110785280A (zh) * | 2017-06-28 | 2020-02-11 | 秦内蒂克有限公司 | 包含形状记忆合金线的材料和制备这些材料的方法 |
| US11926719B2 (en) | 2017-06-28 | 2024-03-12 | Qinetiq Limited | Materials comprising shape memory alloy wires and methods of making these materials |
| CN109397723A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-01 | 郑州郑飞木业有限责任公司 | 一种导引筒的制作工艺 |
| CN111350784A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-06-30 | 浙江理工大学 | 一种植入刚度驱动器的螺旋弹簧制备方法及其制得的弹簧 |
| CN112571822A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-03-30 | 上海新力动力设备研究所 | 适用于带药缠绕的记忆非金属芯模结构及壳体成型方法 |
| CN112647283A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-13 | 南京金榜麒麟家居股份有限公司 | 具有高散湿性的改性蚕丝纤维及其制备方法 |
| CN115654052A (zh) * | 2022-10-18 | 2023-01-31 | 武汉纺织大学 | 一种压缩型管状形状记忆复合结构及其制造方法 |
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