哈工大形状记忆聚合物复合材料可展开梁的立项报告.doc

（一）立项背景（研究现状、趋势、研究意义等） 长期以来，随着对科技的探索和掌握人类想在大自然中寻找满足科技需求的材料已经变得越来越困难，于是对新材料的研究变得十分重要。自对智能材料研究之始，一种具有记忆功能的材料就深深的吸引了人们的眼球。 形状记忆聚合物是通过对聚合物进行分子组合和改性在一定条件下，被赋予一定的形状；当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定。如果外部环境以特定的方式再次发生变化，它们能可逆地恢复至起始；至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环，聚合物的这种称为记忆效应这一影响了在的应用形状记忆聚合物中加入增强材料 图1 形状记忆聚合物及其复合材料的变形回复过程 20世纪70年代，聚合物形状记忆效应开始引起了人们的关注。美国航空航天局形状记忆聚合物航天领域。20世纪80年代中期，形状记忆聚合物进入高速发展阶段迄今为止，美国日本等国家已相继开发出形状记忆聚氨酯(日本三菱重工)记忆环氧树脂(美国CTD公司Composite Technology Development, Inc.），苯乙烯形状记忆(美国CRG公司Cornerstone Research Group, Inc.），形状记忆聚酯、形状记忆氰酸酯、形状记忆苯乙烯、形状记忆反式聚异戊二烯等热固性和热塑性形状记忆聚合物材料。形状记忆复合材料主动变形结构应用主动变形复合材料设计空间机构如可展开铰链以及可变翼的蒙结构，通过材料和结构自身的变形来实现结构的展开。为技术提供了崭新的应用，有望极大的推动航空航天飞行器智能主动变形结构的发展。 图2 形状记忆聚合物复合材料可展开梁的折叠图 图3 形状记忆聚合物复合材料可展开梁的展开图 制备流程大致为 （1）制备环氧树脂——》（2）裁剪纤维布——》（3）粘贴脱模布于模具上——》（4）涂抹脱模剂——》（5）涂抹树脂及铺设碳纤维布——》（6）组装模具——》（7）将封装完毕的模具放进热压罐里固化——》（8）拆模取得片层 形状记忆聚合物复合材料可展开梁的驱动方式采用电热膜贴于可展开梁的两侧的加热驱动方式，通电加热，使形状记忆聚合物复合材料可展开梁受热主动回复到初始状态。由于形状记忆聚合物复合材料热导率很低，大范围的热量传导不能够有效进行，故计划采用电热膜加热驱动方式对折叠梁变形进行控制。表面铺设电热膜的概念即为：将一独立的加热元件—电热膜粘贴于铰链片层表面。当电流经过电热膜时产生热量，热量直接传导至整个可展开梁，使材料达到形状记忆聚合物复合材料玻璃态转变温度。 图4加热用电热膜 图5 固化用真空热压罐 该材料动态力学性能测试； 1. 结构具有主动变形的功能特性，他在热激励作用下能够产生较大的可回复变形，因此我们只要在该材料表面覆上一层电热膜，在它的形状弯曲时—电阻膜粘贴于铰链片层表面。当电流经过电阻膜时产生热量，热量直接传导至片层，使片层材料达到形状记忆聚合物复合材料玻璃态转变温度，由此可以测试这个材料的自动变形功能。 2. 测它对热的敏感性能，用不同电压的电源加在电热膜上，测出该材料恢复原型所需的时间，然后比较数据总结。 3. 初步测试复合材料梁的振动性能，采用简支梁的形式在自由端部安装加速度传感器，测试梁的简单动态力学性能。 该材料静态力学性能测试： 4. 此外，我们还在该材料中加入了碳纤维膜，该纤维增强形状记忆聚合物复合材料在大挠度弯曲变形条件下的屈曲性能，进而使其复合材料结构获得了较大的结构弯曲曲率。方法:我们可以在该物体的表面压上一定重量的物体，进而观察它的曲变度。 5. 碳纤维增强的环氧形状记忆聚合物复合材料，其在室温的力学性能与同类常规复合材料相当，其在大挠度弯曲变形条件下呈现纤维屈曲变形模式。在经历多次弯曲变形循环后，其变形回复率较高(5次以内100%，25次以内97%)，且经辐射后(106Gy)，其变形回复能力无明显衰变。方法：我们多次反复的使该材料变形和恢复，观察统计他的变形恢复能力情况。 （四）中期及结题预期目标： 中期目标：2013年1月完成展开梁的基本设计与初步研制，制作出形状记忆聚合物复合材料可展开梁的实物。 考核方式：2013年3月提供基本的形状记忆聚合物复合材料可展开梁的实物，并演示其折叠与展开功能。 结题目标：2013年5月制作出稳定的形状记忆聚合物复合材料可展开梁，对其进行静态与动态力学性能相关测试并获得其相关性能数据，同时完成其优化。 考核方式：2013年6月制作出稳定的形状记忆聚合物复合材料可展开梁，并提供其相关力学实验数据和分析结果。 （五）经费使用计划 所需经费及其使用计划：共1，300元 主要用于原料购买和进行试验，包括： 形状记忆聚合物环氧树酯800元 碳纤维布300元 电热膜100元 其他材料1