CN109449559A - 一种形状记忆充气管结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种形状记忆充气管结构及其制备方法，涉及充气天线技术领域，所述形状记忆充气管结构包括外壳结构、气动结构，其中：所述气动结构设置于所述外壳结构的内部；所述外壳结构包括管体和至少一个加热膜；所述加热膜贴于所述管体的外壁上；所述管体的材质为形状记忆复合物材料；所述气动结构包括PET编织网管、乳胶管；所述乳胶管设置于所述PET编织网管的内部。本发明提供的形状记忆充气管结构，通过选用形状记忆复合材料作为管体，通过加热膜对管体进行加热控制充气管结构的展开，使得充气管的卷曲与展开过程便于控制，系统结构控制环节少，系统可靠性高。

Description

一种形状记忆充气管结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及充气天线技术领域，具体涉及一种形状记忆充气管结构及其制备方法。

背景技术

充气天线因具有质量轻、收藏体积小等优点而成为近年来航天结构领域的研究热点；目前充气天线的充气管由薄膜材料制成，由薄膜材料制成的充气管因具有展开与卷曲过程难以控制的缺点而限制了充气天线的应用。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种形状记忆充气管结构，包括外壳结构、气动结构，其中：

所述气动结构设置于所述外壳结构的内部；

所述外壳结构包括管体和至少一个加热膜；

所述加热膜贴于所述管体的外壁上；

所述管体的材质为形状记忆复合物材料；

所述气动结构包括PET编织网管、乳胶管；

所述乳胶管设置于所述PET编织网管的内部。

可选地，所述形状记忆复合物材料包括环氧基形状记忆聚合物和碳纤维。

可选地，所述加热膜为聚酰亚胺电热膜，所述加热膜的加热电阻丝为康铜。

可选地，所述加热膜的数量为一个，所述加热膜设置于所述管体沿轴向的中部位置。

可选地，所述加热膜的数量为两个，两个所述加热膜沿所述管体的轴向均匀分布。

可选地，所述形状记忆充气管结构还包括底座，所述外壳结构以及所述气动结构均与所述底座固定连接。

可选地，所述气动结构还包括第一封堵器与第二封堵器，其中所述第一封堵器一端与所述外壳结构的进气端以及所述气动结构的进气端相连，所述第一封堵器的另一端与所述底座相连；所述第二封堵器与所述外壳结构的排气端以及所述气动结构的排气端相连。

可选地，所述气动结构还包括第一缩颈与第二缩颈，所述第一缩颈设置于所述第一封堵器与所述气动结构的连接处；所述第二缩颈设置于所述第二封堵器与所述气动结构的连接处。

本发明的另一目的在于提供一种形状记忆充气管结构的制备方法，包括如下步骤：

利用形状记忆复合物材料制备具有形状记忆效应的管体；

在所述管体的外壁上粘贴加热膜，得到外壳结构；

将PET编制网管套于乳胶管的外部，得到气动结构；

将所述外壳结构套于所述气动结构的外部，得到形状记忆充气管结构。

可选地，将所述外壳结构套于所述气动结构的外部后还包括：

利用光敏树脂材料通过3D打印设备制作底座、第一封堵器与第二封堵器；

将所述第一封堵器的一端与所述外壳结构的进气端以及气动结构的进气端相连；

将所述第一封堵器的另一端与所述底座相连；

将所述第二封堵器与所述外壳结构的排气端以及所述气动结构的排气端相连。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

本发明提供的形状记忆充气管结构，通过选用形状记忆复合材料作为外壳结构的管体，并在管体的外壁上设置加热膜，通过加热膜对管体进行加热控制充气管结构的展开，从而使得充气管的卷曲与展开过程便于控制，降低对充气管进行卷曲与展开的难度，同时形状记忆充气管结构的电子元件数量少，系统结构控制环节少，系统可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的形状记忆充气管结构折叠状态的简图；

图2是本发明的形状记忆充气管结构展开状态的简图；

图3是本发明的外壳结构的简图；

图4是本发明的气动结构的简图；

图5是本发明的第一封堵器的简图；

图6是本发明的第一封堵器的俯视图；

图7是本发明的第二封堵器的简图；

图8是本发明的第二封堵器的俯视图；

图9是本发明的底座的简图一；

图10是本发明的底座的简图二。

图中数字表示：

1-外壳结构；11-管体；12-加热膜；121-子加热膜；2-气动结构；21-PET编制网管；22-乳胶管；23-第一封堵器；231-第一封堵器连接座；232-第一连接部；233-第二连接部；234-充气孔；24-第二封堵器；241-第二封堵器连接座；242-第三连接部；243-第四连接部；25-第一卡槽缩颈；26-第二卡槽缩颈；3-底座；31-进气孔。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

为解决目前充气天线的充气管展开与卷曲过程难以控制的问题，本发明提供一种形状记忆充气管结构，参见图1、图2所示，该形状记忆充气管结构包括外壳结构1、气动结构2，其中：气动结构2设置于外壳结构1的内部；外壳结构1包括管体11和至少一个加热膜12；加热膜12贴于管体11的外壁上；管体11的材质为形状记忆复合物材料；气动结构2包括PET编织网管21、乳胶管22；乳胶管22设置于PET编织网管21的内部。

形状记忆聚合物具有某一特定的初始形状，在一定条件下变形固定后，通过热、光、电、磁等外部条件的刺激，能够恢复其初始形状；基于形状记忆聚合物的这一特性，参见图3所示，本实施例提供的形状记忆充气管结构的管体11的材质选用形状记忆复合物材料，并在该由形状记忆复合物材料制成的管体11的外壁上贴设加热膜12，构成外壳结构1。

在该外壳结构1的温度低于形成管体11的形状记忆复合材料的玻璃化转化温度时，管体11处于弯曲状态，以减小充气管的体积，便于对充气管进行收纳；当需要使用该充气管时，通过贴于管体11外壁上的加热膜12对管体11进行加热，管体11温度升高；当管体11的温度高于该形状记忆复合材料的玻璃化转化温度时，形状记忆复合材料由玻璃态转变为橡胶态，管体11变直，便于使用。

为进一步降低充气管展开的难度，加快充气管展开速度，本实施例提供的形状记忆充气管结构在外壳结构1的内部设置一个气动结构2，在展开充气管时，通过将气体充入该气动结构2内，使得气动结构2带动外壳结构1中的管体11展开，从而减小充气管展开的阻力，加快充气管展开的速度。

参见图4所示，气动结构2包括PET编织网管21以及设置于PET编织网管21内部的乳胶管22；其中PET编织网管21以及乳胶管22均为软质管，易于卷曲与展开，从而气动结构2的存在不会阻碍外壳结构1的卷曲以及展开；且乳胶管22为密封结构，当需要将充气管打开时，通过将气体冲入乳胶管22内，在乳胶管22的密封作用下，乳胶管22内的气体压力逐渐增大，对气动结构2产生向外的力，促使气动结构2展开，气动结构2进一步带动外壳结构1展开。

此外，在外壳结构1内部设置气动结构2，通过直接在气动结构2内通入气体控制外壳结构1的卷曲与展开，有利于增强充气管的强度与刚度，改善传统充气管的强度与刚度低的现象。

本实施例提供的形状记忆充气管结构，通过选用形状记忆复合材料作为外壳结构1的管体11，并在管体11的外壁上设置加热膜12，通过加热膜12对管体11进行加热控制充气管结构的展开，从而使得充气管的卷曲与展开过程便于控制，降低对充气管进行卷曲与展开的难度，同时形状记忆充气管结构的电子元件数量少，系统结构控制环节少，系统可靠性高。

本实施例提供的形状记忆充气管结构，进一步在外壳结构1内部设置气动结构2，通过将气体充入该气动结构2内，使得气动结构2带动外壳结构1中的管体11展开，从而减小充气管展开的阻力，降低充气管的展开难度，加快充气管展开的速度；同时，充分利用外壳结构1与气动结构2的力学性能，使得外壳结构1与气动结构2即为结构部分，又为功能部分，结构简单，轻质，便于将该形状记忆充气管结构用于充气天线中。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例提供的形状记忆充气管结构中，形状记忆复合物材料包括环氧基形状记忆聚合物和碳纤维，其中环氧基形状记忆聚合物的作用为控制管体11的形状，碳纤维的作用为增强管体11的强度。

通过采用环氧基形状记忆聚合物与碳纤维共同制成管体11，使得管体11的形状便于控制的同时，还能增强管体11的强度，表面管体11损坏，延长管体11的使用寿命。

形状记忆聚合物的玻璃化转化温度与具体的聚合物的种类有关，本实施例中的环氧基形状记忆聚合物的转化温度为120℃，该玻璃化转化温度与充气天线的使用环境相适应，在未对管体11进行加热时，管体11的温度不会达到该玻璃化转化温度，因而不会自行展开；需要展开该充气管时，对管体11进行加热，管体11的温度较短时间内就可达到该玻璃化转化温度，从而使得该充气管的卷曲与展开易于控制。

本实施例提供的形状记忆充气管结构，贴于管体11外壁上的加热膜12为聚酰亚胺电热膜，该聚酰亚胺电热膜内设置有加热电阻丝，其中加热电阻丝为康铜。需要对管体11进行加热时，将加热膜12与电源连接，加热电阻丝开始发热，为管体11进行加热，结构简单，操作方便。

本实施例提供的形状记忆充气管结构，通过选择环氧基形状记忆聚合物与碳纤维的混合物作为形状记忆复合物材料，使得形状记忆复合物材料的玻璃化转变温度适于用于充气天线，便于对充气管的卷曲与展开进行控制。

实施例三

在实施例二的基础上，参见图3所示，本实施例中加热膜12的数量为一个，一个加热膜12设置于管体11沿轴向的中部位置，该加热膜12的长度小于管体11的长度。

将加热膜12沿着管体11的轴线方向，粘贴于管体11的中间段，将加热膜12接通电源通电，加热膜12对管体11进行加热，当加热膜12周围的管体11的温度升高至环氧基形状记忆聚合物的玻璃化转化温度后，对管体11进行弯曲赋形，管体11由一字形变为U形，断电降温后，管体11维持该U形形状，从而减小充气管的体积，便于充气管的运输及存放。

使用该充气管时，将加热膜12与电源接通，加热膜12对管体11进行加热，当加热膜12周围的管体11的温度达到玻璃化转化温度后，该管体11会恢复一字形形状，便于充气管的使用。

其中加热膜12可以为一个整体结构，环绕于管体11的外壁设置；还可以将加热膜12设置为相对设置于管体11外壁上的两片子加热膜121，两片子加热膜121内均设置有加热电阻丝，两片子加热膜121分别与电源相连，可分别单独控制两个子加热膜121对管体11进行加热。

实施例四

与实施例三不同的是，本实施例中加热膜12的数量为两个，两个加热膜12沿管体11的轴向均匀分布，两个加热膜12将管体11分为长度相同的三段。

将两个加热膜12接通电源通电，两个加热膜12均对管体11进行加热，当两个加热膜12周围的管体11的温度升高至环氧基形状记忆聚合物的玻璃化转化温度后，对管体11进行弯曲赋形，管体11由一字形变为Z形，断电降温后，管体11维持该Z形形状，从而减小充气管的体积，便于充气管的运输及存放。

使用该充气管时，将加热膜12与电源接通，加热膜12对管体11进行加热，当加热膜12周围的管体11的温度达到玻璃化转化温度后，该管体11会恢复一字形形状，便于充气管的使用。

其中每一加热膜12均可以为一个整体结构，环绕于管体11的外壁设置；还可以将加热膜12设置为相对设置于管体11外壁上的两片子加热膜121，两片子加热膜121内均设置有加热电阻丝，两片子加热膜121分别与电源相连，可分别单独控制两个子加热膜121对管体11进行加热。

实施例五

在上述实施例的基础上，参见图9、图10所示，本实施例提供的形状记忆充气管结构还包括底座3，外壳结构1以及气动结构2均与底座3固定连接。其中底座3上设置有进气孔31，将气动结构2与底座3相连后，气动结构2中的乳胶管22与进气孔31相通。

通过将外壳结构1以及气动结构2与底座3固定连接，一方面便于对外壳结构1以及气动结构2进行固定，另一方面对气动结构2进行充气时，直接将底座3的进气孔31接通气源即可，简单方便，易于操作。

参见图5-图8所示，本实施例中的气动结构2还包括第一封堵器23与第二封堵器24，其中第一封堵器23的一端与外壳结构1的进气端以及气动结构2的进气端相连，第一封堵器23的另一端与底座3相连；第二封堵器24与外壳结构1的排气端以及气动结构2的排气端相连。

通过第一封堵器23将外壳结构1以及气动结构2连接于底座3上，通过第二封堵器24将外壳结构1与气动结构2的排气端相连；其中第一封堵器23与第二封堵器24均为三层宝塔状的封堵结构，具体的，第一封堵器23包括第一封堵器连接座231、第一连接部232、第二连接部233，其中第一封堵器连接座231为一圆台状结构，该圆台结构的周向设置有8个六边形的孔空间，每个孔空间固定一个黄铜的双通螺纹柱；第一封堵器连接座231的底部设置有用于与底座3连接的槽口，本实施例中该槽的形状为圆弧形，该圆弧形槽口的数量为四个；第一连接部232为一外部设置有环状沟槽的圆台结构，第一连接部232的下端与第一封堵器连接座231的上端固定连接，且第一连接部232的外径小于第一封堵器连接座231的外径；第二连接部233为一外部设置有环状沟槽的圆台结构，第二连接部233的下端与第一连接部232的上端固定连接，且第二连接部233的外径小于第一连接部232的外径。

将第一封堵器23与气动结构2连接时，将乳胶管22套在第一封堵器23的第二连接部233处，将PET编制网管21套于第一连接部232处，完成气动结构与第一封堵器23的连接。

为加强第一封堵器23与气动结构2之间的连接强度，本实施例提供的气动结构2还包括第一卡槽缩颈25，第一卡槽缩颈25是一个环形沟槽结构，在其内表面设置有配合第一封堵器23的筋状凸起结构，将第一卡槽缩颈25套于乳胶管22、PET编制网管21与第一封堵器23相连接的位置处，并进一步在第一卡槽缩颈25连接不锈钢钢带，以增强形状记忆充气管结构的气密性和连接的可靠性。

将气动结构2与第一封堵器23连接后，将外壳结构1与第一封堵器23通过螺钉相连，其中管体11与第一封堵器23相连的一端设置有8个沿管体11对称分布的通孔，该8个通孔的位置及大小均与第一封堵器连接座231圆台结构上周向设置的8个六边形的孔空间相适配，通过将螺钉穿过管体11上的通孔以及第一封堵器连接座231上的六边形的孔空间将外壳结构1与第一封堵结构23相连接。

底座3上端与第一封堵器23相连接的位置设置有与第一封堵器23上的圆弧形槽口相适配的凸筋，将底座3与第一封堵器23相连接时，将底座3上的凸筋插入第一封堵器23上的圆弧形槽口内，实现底座3与第一封堵器23的初步定位，再通过紧固件将底座3与第一封堵器23相连。

第一封堵器23上设置有依次贯穿第一封堵器连接座231、第一连接部232、第二连接部233的充气孔234，将第一封堵器23与底座3相连接后，底座3上的进气孔31与充气孔234相连通，使用该形状记忆充气管结构进行充气时，将气源与底座3上的进气孔31相连，将气源开启，即可实现充气。

第二封堵器24包括第二封堵器连接座241、第三连接部242、第四连接部243，其中第二封堵器连接座241为一圆台状结构，该圆台结构的周向设置有8个六边形的孔空间，每个孔空间固定一个黄铜的双通螺纹柱；第三连接部242、第四连接部243的结构以及与气动结构2的连接方式均与第一连接部232、第二连接部233相同，本文不再赘述。

同样，第二封堵器24与外壳结构1的连接方式与第一封堵器23与外壳结构1的连接方式相同，本文不再赘述。

为加强第二封堵器24与气动结构2之间的连接强度，本实施例提供的气动结构2还包括第二卡槽缩颈26，第二卡槽缩颈26与第一卡槽缩颈25的结构以及使用方式均相同，本文不再赘述。

实施例六

本实施例提供一种形状记忆充气管结构的制备方法，该包括如下步骤：

S1:利用形状记忆复合物材料制备具有形状记忆效应的管体11；

S2:在管体11的外壁上粘贴加热膜12，得到外壳结构1；

S3:将PET编制网管21套于乳胶管22的外部，得到气动结构2；

S4:将外壳结构1套于气动结构2的外部。

其中利用形状记忆复合物材料制备具有形状记忆效应的管体11具体包括：

S11:利用环氧基形状记忆复合物材料通过聚四氟乙烯模具制作具有形状记忆效应的环氧基复合材料圆管；

S12:将该环氧基复合材料圆管在热压罐中固化，待固化之后取出并将其切割到指定长度，得到管体11；

其中环氧基形状记忆复合物材料包括环氧基形状记忆聚合物与碳纤维的混合物；得到管体11后，根据形状记忆充气管结构预设的形状，在管体11的外壁上相应的位置处粘贴加热膜12，其中加热膜12的背面依次粘贴聚酰亚胺双面胶和铝胶带，通过聚酰亚胺双面胶和铝胶带将加热膜12粘贴于管体11上，完成外壳结构1的制作。

制作气动结构2过程中，本实施例选用编织角度为45°的PET编织网管并将其套在乳胶管外层，得到气动结构2。

将外壳结构1套于气动结构2的外部，即可得到形状记忆充气管结构。

本实施例制得的形状记忆充气管结构的赋性过程如下：

S101:将加热膜12通电，通电状态下加热膜12产生焦耳热，加热管体11；

S102:待加热膜12所在区域管体11的温度升至玻璃化转化温度后，对外壳结构1进行弯曲赋形，外壳结构1从一字形变为预设形状；

S103:断电降温，外壳结构1维持该预设形状。

本实施例提供的形状记忆复合材料的玻璃化转化温度为120℃。

本实施例制得的形状记忆充气管结构的驱动回复方式如下：

S201:将电热膜12连接电源通电，对管体11进行加热；

S202:在加热20S之后将气动结构2连接气源并充气。

当加热膜12周围区域管体11的温度达到玻璃化转化温度后，管体11展开，恢复原来的一字形形状；同时对气动结构2进行充气，在气动结构2的带动下，进一步加速外壳结构1的展开速度。

本实施例制备的形状记忆充气管结构，通过选用形状记忆复合材料作为外壳结构1的管体11，并在管体11的外壁上设置加热膜12，通过加热膜12对管体11进行加热控制充气管结构的展开，从而使得充气管的卷曲与展开过程便于控制，降低对充气管进行卷曲与展开的难度，同时形状记忆充气管结构的电子元件数量少，系统结构控制环节少，系统可靠性高。

实施例七

在实施例六的基础上，本实施例提供的形状记忆充气管结构的制备方法，在将外壳结构1套于气动结构2的外部后还包括：

S5：利用光敏树脂材料通过3D打印设备制作底座3、第一封堵器23与第二封堵器24；

S6：将第一封堵器23的一端与外壳结构1的进气端以及气动结构2的进气端相连；将第一封堵器23的另一端与底座3相连；

S7：将第二封堵器24与外壳结构1的排气端以及气动结构2的排气端相连，得到形状记忆充气管结构。

其中底座3、第一封堵器23与第二封堵器24的结构以及各自与外壳结构1、气动结构2的连接方式与实施例五相同，本文不再赘述。

本实施例制备的形状记忆充气管结构，通过设置对外壳结构1、气动结构2进行固定的底座，以及将外壳结构1、气动结构2连接于底座3的第一封堵器23以及将外壳结构1与气动结构2相连接的第二封堵器24，一方面有利于降低充气难度，另一方面提高了形状记忆充气管结构的密封性与连接的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种形状记忆充气管结构，其特征在于，包括外壳结构(1)、气动结构(2)，其中：

所述气动结构(2)设置于所述外壳结构(1)的内部；

所述外壳结构(1)包括管体(11)和至少一个加热膜(12)；

所述加热膜(12)贴于所述管体(11)的外壁上；

所述管体(11)的材质为形状记忆复合物材料；

所述气动结构(2)包括PET编织网管(21)、乳胶管(22)；

所述乳胶管(22)设置于所述PET编织网管(21)的内部。

2.如权利要求1所述的形状记忆充气管结构，其特征在于，所述形状记忆复合物材料包括环氧基形状记忆聚合物和碳纤维。

3.如权利要求2所述的形状记忆充气管结构，其特征在于，所述加热膜(12)为聚酰亚胺电热膜，所述加热膜(12)的加热电阻丝为康铜。

4.如权利要求1所述的形状记忆充气管结构，其特征在于，所述加热膜(12)的数量为一个，所述加热膜(12)设置于所述管体(11)沿轴向的中部位置。

5.如权利要求1所述的形状记忆充气管结构，其特征在于，所述加热膜(12)的数量为两个，两个所述加热膜(12)沿所述管体(11)的轴向均匀分布。

6.如权利要求1-5任一项所述的形状记忆充气管结构，其特征在于，所述形状记忆充气管结构还包括底座(3)，所述外壳结构(1)以及所述气动结构(2)均与所述底座(3)固定连接。

7.如权利要求6所述的形状记忆充气管结构，其特征在于，所述气动结构(2)还包括第一封堵器(23)与第二封堵器(24)，其中所述第一封堵器(23)一端与所述外壳结构(1)的进气端以及所述气动结构(2)的进气端相连，所述第一封堵器(23)的另一端与所述底座(3)相连；所述第二封堵器(24)与所述外壳结构(1)的排气端以及所述气动结构(2)的排气端相连。

8.如权利要求7所述的形状记忆充气管结构，其特征在于，所述气动结构(2)还包括第一缩颈(25)与第二缩颈(26)，所述第一缩颈(25)设置于所述第一封堵器(23)与所述气动结构(2)的连接处；所述第二缩颈(26)设置于所述第二封堵器(24)与所述气动结构(2)的连接处。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的形状记忆充气管结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

利用形状记忆复合物材料制备具有形状记忆效应的管体(11)；

在所述管体(11)的外壁上粘贴加热膜(12)，得到外壳结构(1)；

将PET编制网管(21)套于乳胶管(22)的外部，得到气动结构(2)；

将所述外壳结构(1)套于所述气动结构(2)的外部，得到形状记忆充气管结构。

10.如权利要求9所述的形状记忆充气管结构的制备方法，其特征在于，将所述外壳结构(1)套于所述气动结构(2)的外部后还包括：

利用光敏树脂材料通过3D打印设备制作底座(3)、第一封堵器(23)与第二封堵器(24)；

将所述第一封堵器(23)的一端与所述外壳结构(1)的进气端以及气动结构(2)的进气端相连；

将所述第一封堵器(23)的另一端与所述底座(3)相连；

将所述第二封堵器(24)与所述外壳结构(1)的排气端以及所述气动结构(2)的排气端相连。