CN108644272A - 一种弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，利用高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料控制弹性铰制动器弹性能释放，使结构逐渐展开，从而避免展开中出现过大的冲击，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料在室温下变硬，将弹性铰制动器的弹性能冻结，固定住形状，当温度升高到聚合物材料的转变温度(＞60℃)以上后，材料变软释放弹性能，同时因为材料高温下的粘弹性及剪切增稠性，弹性能受控能逐步释放，有效避免了冲击行为的发生。

Description

一种弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法
技术领域
本发明属于展开结构技术领域，具体涉及一种弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法。
背景技术
弹性铰和弹性制动器在进行结构展开过程中，常常会伴有冲击，这种冲击会带来一定的危险，这就为使用带来了不便。怎样减少或避免结构展开过程中的冲击行为，一直是结构设计中考虑的一个因素之一。一般有加弹簧，做成弹簧铰链；或者利用阻尼作用，设计的阻尼铰链，从而能有效的避免冲击，但是这种阻尼铰链存在装置复杂、体积大的缺点。
近年在防冲击作用方面，利用材料的剪切增稠原理作为防冲击的有效手段，在实际应用中也越来越多。剪切增稠是指体系粘度随着剪切速率或剪切应力的增加展现出数量级增加的非牛顿流体行为。目前报道和使用最多的是具有剪切增稠效应的悬浮液，也称为剪切增稠液。但是制造该阻尼器存在装置复杂、体积大的缺点。
近来也有研究报道固体材料具有剪切增稠行为，通常为剪切增稠凝胶材料。但是这种剪切增稠作用一般都是材料在常温下表现出的，在高温(高于45℃)范围的剪切增稠性还未见报道。如果能利用材料在高温区的剪切增稠性，对于一些展开结构的防冲防护将会有很大帮助。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，利用一种高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料控制弹性铰制动器中存储的弹性能逐步释放，使结构逐步展开，从而避免展开中出现过大的冲击。
一种弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，包括：将高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料加热变软后装在预弯曲的钢片外侧弯曲部或将压缩弹簧埋在高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料中，待温度降低到常温后，高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料变硬，将预变形的钢片或压缩弹簧的弹性能固定。
当温度再次升高到高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料的转变温度60℃以上后，高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料变软，钢片或压缩弹簧被固定的弹性能开始释放。
因为高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料在转变温度60℃以上具有在高应变率加载时出现粘弹性导致的强度增强或剪切增稠的性能，钢片或压缩弹簧的弹性能只能逐步释放，因此预变形结构只能逐渐回复，从而有效避免了结构突然展开的冲击作用。
进一步优选的技术方案是，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料是一种低融化流动性的聚合物或者为一种具有低融化流动性的复合材料。
优选的是复合材料是通过聚合物掺杂微米/纳米颗粒或丝制备而成。
进一步优选的技术方案是，弹性能逐步释放的弹性铰制动器的驱动方式为直接加热驱动或者电加热驱动中的一种。
优选的是复合材料含有导电材料，弹性能逐步释放的弹性铰制动器驱动方式为电加热驱动，通电加热分为直接通电加热和非直接通电加热，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料和钢片/压缩弹簧两层之间增设绝缘层，则采用直接通电加热，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料中预埋或粘贴电阻丝，则采用非直接通电加热。
优选的是导电材料为炭黑、活性碳、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、铁粉、镍粉中的一种或多种组成。
进一步的优选的技术方案是，所述的高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料由10-100体积份的聚合物材料和0-90体积份的掺杂材料组成。
优选的是聚合物材料是聚氨酯类(TPU)、聚酯类、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、热塑性橡胶材料(TPR)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)中的一种或多种的组成。
优选的是掺杂材料由炭黑、活性炭、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、铁粉、镍粉、二氧化硅粉、滑石粉、云母粉、微米线、缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种组成。
优选的是聚合物材料由60-90体积份的聚氨酯(TPU)，10-40体积份的炭黑组成。
优选的是聚合物材料由60-90体积份的聚氨酯(TPU)，10-40体积份的滑石粉组成。
优选的是聚合物材料60-90体积份的聚乙二醇(PEG)，10-40体积份的炭黑组成。
优选的是聚合物材料由100体积份的热塑性橡胶材料(TPR)组成。
优选的是聚合物材料由100体积份的聚醚酰亚胺(PEI)组成。
优选的是聚合物材料由100体积份的聚酰亚胺(PI)组成。
本发明的有益效果：
本发明将结构功能和阻尼功能合二为一，将预弯曲的钢片或者压缩的弹簧安装于一种高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料中，通过加热使钢片或弹簧回复，而由于弹簧周围的材料增稠，故弹性能只能缓慢释放，起到了保护的作用。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，包括：将高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料加热变软后装在预弯曲的钢片外侧弯曲部或将压缩弹簧埋在高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料中，待温度降低到室温后，高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料变硬，将预变形的钢片或压缩弹簧的弹性能固定。
当温度再次升高到高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料的转变温度60℃以上后，高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料变软，钢片或压缩弹簧被固定的弹性能开始释放。
因为高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料在转变温度60℃以上具有在高应变率加载时出现粘弹性导致的强度增强或剪切增稠的性能，钢片或压缩弹簧的弹性能只能逐步释放，因此预变形结构只能逐渐回复，从而有效避免了结构突然展开的冲击作用。
进一步优选的技术方案是，高温下具有剪切增稠性能的材料是一种低融化流动性的聚合物或者一种具有低融化流动性的复合材料。
优选的是复合材料是通过聚合物掺杂微米/纳米颗粒或丝制备而成。
进一步优选的技术方案是，弹性能逐步释放的弹性铰制动器的驱动方式为直接加热驱动或者电加热驱动中的一种。
优选的是复合材料含有导电材料，弹性能逐步释放的弹性铰制动器驱动方式为电加热驱动，通电加热分为直接通电加热和非直接通电加热，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料和钢片两层之间增设绝缘层，则采用直接通电电加热，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料中预埋或粘贴电阻丝，则采用非直接通电加热。
优选的是导电材料为炭黑、活性碳、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、铁粉、镍粉中的一种或多种组成。
进一步的优选的技术方案是，所述的高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料由10-100体积份的聚合物材料和0-90体积份的掺杂材料。
优选的是聚合物材料是聚氨酯类(TPU)、聚酯类、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、热塑性橡胶材料(TPR)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)中的一种或多种的组成。
优选的是掺杂材料由炭黑、活性炭、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、铁粉、镍粉、二氧化硅粉、滑石粉、云母粉、微米线、缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种组成。
优选的是聚合物材料由60-90体积份的聚氨酯(TPU)，10-40体积份的炭黑组成。
特别的聚合物材料选择70体积份的聚氨酯(TPU)和30份的滑石粉，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料的热转变温度为60℃。
优选的是聚合物材料由60-90体积份的聚氨酯(TPU)，10-40体积份的滑石粉组成。
特别的聚合物材料选择70体积份的聚氨酯，30体积份的炭黑，弹性能逐步释放的弹性铰制动器的驱动外接电源电压选择1-20V。
优选的是聚合物材料60-90体积份的聚乙二醇(PEG)，10-40体积份的炭黑组成。
特别的聚合物材料选择100体积份的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料热转变温度为90-120℃。
优选的是聚合物材料由100体积份的热塑性橡胶材料(TPR)组成，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料热转变温度为130-190℃。
特别的聚合物材料选择100体积份的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料热转变温度为105℃。
优选的聚合物材料选择100体积份的聚碳酸酯(PC)，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料热转变温度为130℃。
优选的是聚合物材料由100体积份的聚醚酰亚胺(PEI)组成，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料热转变温度为215℃。
特别的是聚合物材料选择100体积份的聚醚醚酮(PEEK)，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料热转变温度为260℃。
优选的是聚合物材料由100体积份的聚酰亚胺(PI)组成，高温下具有粘弹性及剪切增稠性能的材料热转变温度为270℃。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.将高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料预加热变软；
步骤2.将变软后的高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料安装在预弯曲的钢片外侧弯曲部或者将压缩弹簧埋在高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料中；
步骤3.冷却至常温以下，待高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料变硬，预弯曲的钢片或者压缩弹簧的弹性能被固定；
步骤4.再次加热高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料至转变温度以上，待高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料变软，预弯曲的钢片或者压缩弹簧的弹性能被缓慢释放。
2.根据权利要求1所述的弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，其特征在于，所述的高温下具有粘弹性及剪切增稠性的聚合物材料由10-100体积份的聚合物材料和0-90体积份的掺杂材料组成。
3.根据权利要求2所述的弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，其特征在于，所述的聚合物材料由聚氨酯类、聚酯类、聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚己内酯、聚乙二醇、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、热塑性橡胶材料、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酰亚胺中的一种或多种组成。
4.根据权利要求2所述的弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，其特征在于，所述的掺杂材料由炭黑、活性碳、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、铁粉、镍粉、二氧化硅粉、滑石粉、云母粉、微米线、缩水甘油基氧基丙三甲氧基硅烷中的一种或多种组成。
5.根据权利要求2或3所述的弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，其特征在于，所述的聚合物材料由60-90体积份的聚氨酯和10-40体积份的炭黑组成。
6.根据权利要求2或3所述的弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，其特征在于，所述的聚合物材料由60-90体积份的聚氨酯，10-40体积份的滑石粉组成。
7.根据权利要求2或3所述的弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，其特征在于，所述的聚合物材料由60-90体积份的聚乙二醇和10-40体积份的炭黑组成。
8.根据权利要求2或3所述的弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，其特征在于，所述的聚合物材料由100体积份的热塑橡胶材料组成。
9.根据权利要求2或3所述的弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，其特征在于，所述的聚合物材料由100体积份的聚醚酰亚胺组成。
10.根据权利要求2或3所述的弹性能逐步释放的弹性铰制动器的制造方法，其特征在于，所述的聚合物材料由100体积份的聚酰亚胺组成。
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冷劲松等: "形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用", 《宇航学报》 *
王亚飞: "形状记忆复合材料的力学性能表征及其在空间可展开结构中的应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》 *

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CN108644272B (zh) 2021-01-01

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