CN105461946A - 形变可控的形状记忆复合材料及其形变方法 - Google Patents

形变可控的形状记忆复合材料及其形变方法 Download PDF

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Abstract

形变可控的形状记忆复合材料及其形变方法，属于新型复合材料领域。现有的形状记忆复合材料进行整体性的加热时，存在耗能高的缺点。形变可控的形状记忆复合材料，形状记忆聚合物基体(1)内部浸含弹性纤维布(2)，弹性纤维布(2)表面有一组金属膜单元(3)，金属膜单元(3)通过引线(4)连接至控制器(5)。形变可控的形状记忆复合材料的变形方法，通过控制器(5)仅对需变形部分的形状记忆聚合物基体(1)上的金属膜单元(3)加热，而其他部分仍保持未加热状态不变；当需要使折叠形变的形状记忆聚合物基体(1)回复到形变前的形状，则通过控制器(5)对折叠处的金属膜单元(3)进行加热。通过向形状记忆聚合物中植入大量可控制的独立的加热模块，实现精确的定向加热，以避免能量浪费。

Description

形变可控的形状记忆复合材料及其形变方法
技术领域
本发明涉及一种形变可控的形状记忆复合材料及其形变方法。
背景技术
形状记忆复合材料是一种新型的高分子有机材料，具有刚度可变和形状记忆的特点。和记忆合金相比，形状记忆聚合物具有密度低，感应温度低，价格低，无电磁感应等特点，近年来受到了人们的广泛关注，在航空航天，生物，医疗和生活用品等领域有着广泛的运用前景。
现有的形状记忆复合材料都是作为一个整体来运用的，为使其工作需要对其进行整体性的加热，这种加热方式具有耗能高，浪费多的缺点，并且其变形方式是事先设定好的，不能根据实际的情况改变。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的形状记忆复合材料都是作为一个整体来运用的，为使其工作需要对其进行整体性的加热，这种加热方式存在耗能高，浪费多的缺点的问题，而提出一种形变可控的形状记忆复合材料及其形变方法。
一种形变可控的形状记忆复合材料，其组成包括：形状记忆聚合物基体，形状记忆聚合物基体内部浸含弹性纤维布，弹性纤维布表面镀有一组金属膜单元，且每个金属膜单元通过引线连接至控制器。
一种形变可控的形状记忆复合材料的形变方法，
步骤一、令各个金属膜单元相互独立的通过引线连接至控制器，则控制器能选择性地使一个或几个金属膜单元处于工作状态，而剩余金属单元不工作；
步骤二、通过控制器仅对需变形部分的形状记忆聚合物基体上的金属膜单元加热，而其他部分仍保持未加热的玻璃态不便；其中，对需变形部分的形状记忆聚合物基体上的金属膜单元加热的方案为：
按照时间顺序，先后加热形状记忆聚合物基体上不同部位的金属膜单元，使金属膜单元处玻璃态的形状记忆聚合物基体分别进入橡胶态，并在外力作用下使整块形状记忆聚合物基体材料以加热部位为轴进行折叠形变；或者，
同时加热形状记忆聚合物基体上不同部位的金属膜单元，使金属膜单元处玻璃态的形状记忆聚合物基体分别进入橡胶态，并在外力作用下使整块形状记忆聚合物基体材料同时以多个加热部位为轴进行折叠形变；
步骤三、当需要使折叠形变的形状记忆聚合物基体回复到形变前的形状，则通过控制器对折叠处的金属膜单元进行加热。
本发明的有益效果为：
本发明是本发明由形状记忆聚合物基体，局部镀金属的增强弹性纤维和引线以及控制部分组成；形状记忆聚合物基体包裹着弹性纤维布。形状记忆聚合物基体是形状记忆聚合物。弹性纤维布为形状记忆聚合物的增强材料。镀了金属膜单元部分由单独的引线引出，并连接到控制器上，控制器可以单独对一个或几个镀金属膜单元区域进行通电。可以调节局部刚度的变形可控形状记忆复合材料，它可以根据实际需要控制变形的区域，在不同的时间变成不同的形状，具有4D打印的特征，并可以降低变形所需的能量。
附图说明
图1为本发明涉及的形变可控的形状记忆复合材料的结构示意图；
图2为本发明以x方向，在整块形状记忆聚合物基体1中轴线处折叠图示；
图3为本发明以y方向，在整块形状记忆聚合物基体1中轴线处折叠图示；
图4为本发明涉及的整块形状记忆聚合物基体1的对角线方向上折叠图示；
图5为本发明涉及的以整块形状记忆聚合物基体1所需折叠处进行的不规则折叠图示；
图6为本发明涉及的按照时间顺序，先后加热形状记忆聚合物基体1上不同部位的金属膜单元3时第一步图示；
图7为本发明涉及的按照时间顺序，先后加热形状记忆聚合物基体1上不同部位的金属膜单元3时第二步图示图示；
图8为本发明涉及的按照时间顺序，先后加热形状记忆聚合物基体1上不同部位的金属膜单元3时第三步图示图示；
图9为本发明涉及的按照时间顺序，先后加热形状记忆聚合物基体1上不同部位的金属膜单元3时第四步图示图示。
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的形变可控的形状记忆复合材料，结合图1所示，其组成包括：形状记忆聚合物基体1，形状记忆聚合物基体1内部浸含弹性纤维布2，弹性纤维布2表面镀有一组金属膜单元3，且每个金属膜单元3通过引线4连接至控制器5。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的形变可控的形状记忆复合材料，金属膜单元3阵列地排布在弹性纤维布2上。
具体实施方式三：
与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的形变可控的形状记忆复合材料，弹性纤维布2的表面积与形状记忆聚合物基体1表面积的大小相同。
具体实施方式四：
与具体实施方式三不同的是，本实施方式的形变可控的形状记忆复合材料，所述弹性纤维布2采用氨纶纤维或者尼龙纤维材料制成。
具体实施方式五：
与具体实施方式一、二或四不同的是，本实施方式的形变可控的形状记忆复合材料，所述金属膜单元3采用铜、银、金、铝、钛、镍或者铬中的一种金属制成，或者采用其中一种金属的合金制成。
具体实施方式六：
利用上述形变可控的形状记忆复合材料的形变方法，
步骤一、令各个金属膜单元3相互独立的通过引线4连接至控制器5，则控制器5能选择性地使一个或几个金属膜单元3处于工作状态，而剩余金属单元3不工作；
步骤二、通过控制器5仅对需变形部分的形状记忆聚合物基体1上的金属膜单元3加热，而其他部分仍保持未加热状态不变；其中，对需变形部分的形状记忆聚合物基体1上的金属膜单元3加热的方案为：
按照时间顺序，先后加热形状记忆聚合物基体1上不同部位的金属膜单元3，使金属膜单元3所处的玻璃态的形状记忆聚合物基体1分别进入橡胶态，并在外力作用下使整块形状记忆聚合物基体材料以加热部位为轴进行折叠形变；或者，
同时加热形状记忆聚合物基体1上不同部位的金属膜单元3，使金属膜单元3所述的玻璃态的形状记忆聚合物基体1分别进入橡胶态，并在外力作用下使整块形状记忆聚合物基体材料同时以多个加热部位为轴进行折叠形变；
步骤三、当需要使折叠形变的形状记忆聚合物基体1回复到形变前的形状，则通过控制器5对折叠处的金属膜单元3进行加热。
具体实施方式七：
与具体实施方式六不同的是，本实施方式的形变可控的形状记忆复合材料的形变方法，步骤二所述按照时间顺序，先后加热形状记忆聚合物基体1上不同部位的金属膜单元3，是指排列在整块形状记忆聚合物基体1的对角线、中轴线或其他任何需折叠处的金属膜单元3。
如图2和图3所示的分别以x和y方向在整块形状记忆聚合物基体1中轴线处折叠图示，
如图4所示以整块形状记忆聚合物基体1的对角线方向上折叠图示，
如图5所示以整块形状记忆聚合物基体1所需折叠处进行的不规则折叠图示，
且当按照时间顺序，先后加热形状记忆聚合物基体1上不同部位的金属膜单元3时的图示为图6至图9所示的图例。
具体实施方式八：
与具体实施方式六不同的是，本实施方式的形变可控的形状记忆复合材料的形变方法，步骤二所述同时加热形状记忆聚合物基体1上不同部位的金属膜单元3，是指排列在整块形状记忆聚合物基体1的对角线、中轴线或其他任何需折叠处的金属膜单元3。
工作原理：
在弹性纤维布2表面上小块、阵列地镀上金属膜单元3，并对每块镀有金属膜单元3的区域连上引线4，保证每块区域可以单独控制，然后把弹性纤维2作为增强相与形状记忆聚合物基体1一起固化，制成变形可控的形状记忆复合材料。其中每部分镀金属膜单元3的区域可作为一个单独的加热模块，能使对应的区域以及该加热模块周围一部分区域从玻璃态加热转变为橡胶态，使其刚度大幅下降，能够进行变形。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种形变可控的形状记忆复合材料，其组成包括：形状记忆聚合物基体(1)，其特征在于：形状记忆聚合物基体(1)内部浸含弹性纤维布(2)，弹性纤维布(2)表面镀有一组金属膜单元(3)，且每个金属膜单元(3)通过引线(4)连接至控制器(5)。
2.根据权利要求1所述形变可控的形状记忆复合材料，其特征在于：金属膜单元(3)阵列地排布在弹性纤维布(2)上。
3.根据权利要求1或2所述形变可控的形状记忆复合材料，其特征在于：弹性纤维布(2)的表面积与形状记忆聚合物基体(1)表面积的大小相同。
4.根据权利要求3所述形变可控的形状记忆复合材料，其特征在于：所述弹性纤维布(2)采用氨纶纤维或者尼龙纤维材料制成。
5.根据权利要求1、2或4所述形变可控的形状记忆复合材料，其特征在于：所述金属膜单元(3)采用铜、银、金、铝、钛、镍或者铬中的一种金属制成，或者采用其中一种金属的合金制成。
6.利用上述任一权利要求所述形变可控的形状记忆复合材料的形变方法，其特征在于：
步骤一、令各个金属膜单元(3)相互独立的通过引线(4)连接至控制器(5)，则控制器(5)能选择性地使一个或几个金属膜单元(3)处于工作状态，而剩余的金属单元(3)不工作；
步骤二、通过控制器(5)仅对需变形部分的形状记忆聚合物基体(1)上的金属膜单元(3)加热，而其他部分仍保持未加热状态不变；其中，对需变形部分的形状记忆聚合物基体(1)上的金属膜单元(3)加热的方案为：
按照时间顺序，先后加热形状记忆聚合物基体(1)上不同部位的金属膜单元(3)，使金属膜单元(3)所处的玻璃态的形状记忆聚合物基体(1)分别进入橡胶态，并在外力作用下使整块形状记忆聚合物基体材料以加热部位为轴进行折叠形变；或者，
同时加热形状记忆聚合物基体(1)上不同部位的金属膜单元(3)，使金属膜单元(3)所述的玻璃态的形状记忆聚合物基体(1)分别进入橡胶态，并在外力作用下使整块形状记忆聚合物基体材料同时以多个加热部位为轴进行折叠形变；
步骤三、当需要使折叠形变的形状记忆聚合物基体(1)回复到形变前的形状，则通过控制器(5)对折叠处的金属膜单元(3)进行加热。
7.根据权利要求6所述的形变可控的形状记忆复合材料的形变方法，其特征在于：步骤二所述按照时间顺序，先后加热形状记忆聚合物基体(1)上不同部位的金属膜单元(3)，是指排列在整块形状记忆聚合物基体(1)的对角线、中轴线或其他任何需折叠处的金属膜单元(3)。
8.根据权利要求6所述的形变可控的形状记忆复合材料的形变方法，其特征在于：步骤二所述同时加热形状记忆聚合物基体(1)上不同部位的金属膜单元(3)，是指排列在整块形状记忆聚合物基体(1)的对角线、中轴线或其他任何需折叠处的金属膜单元(3)。
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