《智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构.pdf（9页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410624847.7 (22)申请日 2014.11.08 B64G 1/44(2006.01) B64G 1/66(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 冷劲松 刘彦菊 魏汉青 刘立武 管春洋 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人 岳泉清 (54) 发明名称 智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机 构 (57) 摘要 智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机 构， 以解决传统空间展开机构释放机构展开时产 。
2、生冲击， 对大气环境造成污染的问题。 内下直筒段 的直径小于内上直筒段的直径， 外套筒增强器由 上至下依次为外上直筒段、 外锥筒段和外下直筒 段， 外下直筒段的直径小于外上直筒段的直径， 外 套筒增强器套装在内套筒驱动器上， 内上直筒段 位于外上直筒段中， 内锥筒段位于外锥筒段中， 内 下直筒段位于外下直筒段中， 内上直筒段的上端 面低于外上直筒段的上端面， 内下直筒段的下端 外露于外下直筒段， 内套筒驱动器和外套筒增强 器的内壁均贴敷有电热膜， 内套筒驱动器和外套 筒增强器的材质均为形状记忆聚合物复合材料。 本发明用于航天领域的空间展开机构。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国。
3、家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104443438 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104443438 A 1/2 页 2 1.一种智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构， 所述释放机构包括内套筒驱 动器 (B)、 外套筒增强器 (A) 和电热膜 (C)， 内套筒驱动器 (B) 由上至下依次为内上直筒段 (B1)、 内锥筒段 (B2) 和内下直筒段 (B3)， 内下直筒段 (B3) 的直径小于内上直筒段 (B1) 的 直径， 外套筒增强器 (A) 由上至下依次为外上直筒段 (A1)、 外锥筒段 (A2) 。
4、和外下直筒段 (A3)， 外下直筒段 (A3) 的直径小于外上直筒段 (A1) 的直径， 外套筒增强器 (A) 套装在内套 筒驱动器 (B) 上， 内上直筒段 (B1) 位于外上直筒段 (A1) 中， 内锥筒段 (B2) 位于外锥筒段 (A2) 中， 内下直筒段 (B3) 位于外下直筒段 (A3) 中， 内上直筒段 (B1) 的上端面低于外上直 筒段 (A1) 的上端面， 内下直筒段 (B3) 的下端外露于外下直筒段 (A3)， 其特征在于 ： 内套筒 驱动器(B)和外套筒增强器(A)的内壁均贴敷有电热膜(C)， 内套筒驱动器(B)和外套筒增 强器 (A) 的材质均为形状记忆聚合物复合材料。 。
5、2.根据权利要求 1 所述智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构， 其特征在于 ： 所述外下直筒段 (A3) 的内径小于内上直筒段 (B1) 的外径。 3.根据权利要求 1 或 2 所述智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构， 其特征在 于 ： 所述形状记忆聚合物复合材料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、 形状记忆聚酯、 形状记忆苯乙烯 - 丁二烯聚合物或形状记忆 聚降冰片烯。 4.根据权利要求 3 所述智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构， 其特征在 于 ： 所述形状记忆聚合物复合材料中的增强纤维占总形状记忆聚合物复合材料的 10 50。
6、。 5.根据权利要求 4 所述智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构， 其特征在于 ： 所述形状记忆聚合物复合材料中的增强纤维占总形状记忆聚合物复合材料的 30。 6.根据权利要求 5 所述智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构， 其特征在于 ： 所述形状记忆聚合物复合材料中的增强纤维为碳纤维、 石墨纤维、 玻璃纤维或碳纳米管。 7.根据权利要求 6 所述智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构， 所述外套筒增 强器 (A) 的制作方法如下 ： 步骤一 ： 根据实际的外套筒增强器 (A) 尺寸设计外套筒增强器的闭合模具 ； 步骤二 ： 将配制的形状记忆聚合物复合材料灌满步骤一中的外套筒增强。
7、器的闭合模具 中 ； 步骤三 ： 固化 ： 将步骤二中获得到的内部填充有未固化的纤维增强形状记忆聚合物的 外套筒增强器的闭合模具放置在加热箱中加热， 加热温度为 80 100 , 加热时间为 16 小时 24 小时 ； 步骤四 ： 脱模 ： 从加热箱中取出外套筒增强器的闭合模具， 对外套筒增强器的闭合模 具进行脱模处理后， 得到纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状 ； 步骤五 ： 将外套筒增强器 (A) 加热到玻璃化温度， 用外径大于外上直筒段 (A1) 内径的 第一胀筒 D1 撑大外上直筒段 (A1) 的内径， 使外上直筒段 (A1) 内径大于内上直筒段 B1 的 外径， 用外径大于外下直筒段。
8、 (A3) 内径的第二胀筒 D2 撑大外下直筒段 (A3) 的内径， 使外 下直筒段 (A3) 内径大于内下直筒段 (B3) 的外径 ； 步骤六 ： 将外套筒增强器 (A) 冷却。 8.根据权利要求 7 所述智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构， 所述内套筒驱 权 利 要 求 书 CN 104443438 A 2 2/2 页 3 动器 (B) 的制作方法如下 ： 步骤一 ： 根据实际的内套筒驱动器 (B) 尺寸设计内套筒驱动器的闭合模具 ； 步骤二 ： 将配制的形状记忆聚合物复合材料灌满步骤一中的内套筒驱动器的闭合模具 中 ； 步骤三 ： 固化 ： 将步骤二中获得到的内部填充有未固化的纤维。
9、增强形状记忆聚合物的 内套筒驱动器的闭合模具放置在加热箱中加热， 加热温度为 80 100 , 加热时间为 16 小时 24 小时 ； 步骤四 ： 脱模 ： 从加热箱中取出内套筒驱动器的闭合模具， 对内套筒驱动器的闭合模 具进行脱模处理后， 得到纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状 ； 步骤五 ： 将步骤四中内套筒驱动器 (B) 置于外上直筒段 (A1) 中， 内套筒驱动器 (B) 加 热到玻璃化温度， 用外径大于内上直筒段 B1 内径的第三胀筒 D3 撑大内上直筒段 B1 的内 径， 通过电热膜 C 加热内锥筒段 B2 至内锥筒段 B2 与外锥筒段 A2 接触， 至此， 完成内套筒驱 动器 (。
10、B) 与外上直筒段 (A1) 的连接。 9.根据权利要求 8 所述智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构， 其特征在于 ： 内下直筒段 (B3) 的内径为 5mm 25mm， 内上直筒段 (B1) 的内径为 30mm 60mm， 内套筒驱 动器 (B) 的壁厚为 2mm 4mm， 内套筒驱动器 (B) 的长度为 100mm 500mm， 内套筒驱动器 (B) 的胀大率为 2 20， 内套筒驱动器 (B) 胀大后的长度为 120mm 550mm。 10.根据权利要求 9 所述智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构， 其特征在于 ： 外下直筒段 (A3) 的内径为 8mm 30mm， 外上直筒。
11、段 (A1) 的内径为 35mm 65mm， 外套筒增 强器 (A) 的壁厚为 2mm 4mm， 外套筒增强器 (A) 的长度为 100mm 300mm， 外套筒增强器 (A) 的胀大率为 2 20， 外套筒增强器 (A) 胀大后的长度为 120mm 350mm。其中增强 纤维的比例为 10 50。 权 利 要 求 书 CN 104443438 A 3 1/4 页 4 智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构 技术领域 0001 本发明涉及一种聚合物复合材料释放机构， 具体涉及一种智能竹节型形状记忆聚 合物复合材料释放机构。 背景技术 0002 聚合物复合材料释放机构在人造卫星天线、 太阳能展。
12、开电池阵、 空间可展开铰链 等空间展开机构以及火箭分离过程中起到了释放作用。 传统的空间展开机构的释放机构主 要为爆炸螺栓， 在保证足够机械强度的同时， 也保证足够可靠的爆炸分离， 且在理想状态下 应该没有爆炸碎片， 爆炸螺栓应用在空间展开机构释放中具有系统复杂、 重量大， 可靠性比 较低 , 释放空间展开结构时产生冲击， 爆炸碎片伤及周围的结构和设备 , 对大气环境造成 污染等问题。 发明内容 0003 本发明为解决传统空间展开机构释放机构展开时产生冲击， 爆炸碎片伤及周围的 结构和设备 , 对大气环境造成污染的问题， 提供了一种智能竹节型形状记忆聚合物复合材 料释放机构。 0004 本发明。
13、的智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构包括内套筒驱动器、 外套 筒增强器和电热膜， 内套筒驱动器由上至下依次为内上直筒段、 内锥筒段和内下直筒段， 内 下直筒段的直径小于内上直筒段的直径， 外套筒增强器由上至下依次为外上直筒段、 外锥 筒段和外下直筒段， 外下直筒段的直径小于外上直筒段的直径， 外套筒增强器套装在内套 筒驱动器上， 内上直筒段位于外上直筒段中， 内锥筒段位于外锥筒段中， 内下直筒段位于外 下直筒段中， 内上直筒段的上端面低于外上直筒段的上端面， 内下直筒段的下端外露于外 下直筒段， 内套筒驱动器和外套筒增强器的内壁均贴敷有电热膜， 内套筒驱动器和外套筒 增强器的材质均为形状。
14、记忆聚合物复合材料。 0005 本发明与现有方法相比具有以下有益效果 ： 0006 一、 本发明采用形状记忆聚合物作为释放机构的驱动器和主要的承力部分， 同时 采用了纤维增强的方式增加其强度， 有效的降低了释放机构的重量， 同时又保证了释放机 构刚度和稳定性的要求。 依赖材料自身的玻璃化转变实现释放机构的启动， 完成释放过程， 展开的运动过程平稳无冲击， 完成释放后对整个空间展开机构无损伤， 对太空环境无污染。 0007 二、 当形状记忆聚合物复合材料的温度达到玻璃化转变温度以后， 释放机构的变 形的部分就会变回初始形状， 该形状记忆聚合物复合材料的释放机构结构较为简单， 系统 结构控制环节少。
15、， 为开环控制， 系统工作的可靠性高。 0008 三、 本发明降低了航天用的空间展开机构的释放机构的重量， 在承受力、 可靠性相 当的情况下， 有效的降低了释放机构的重量， 而且该释放机构释放过程平稳、 承载力大。可 作为航天领域的空间展开机构的释放机构。 说 明 书 CN 104443438 A 4 2/4 页 5 附图说明 0009 图 1 是本发明的释放机构整体结构主剖图 ； 0010 图 2 是外套筒增强器 A 的结构立体图 ； 0011 图 3 是内套筒驱动器 B 的结构立体图 ； 0012 图 4 是第一胀筒 D1 的结构立体图 ； 0013 图 5 是第二胀筒 D2 的结构立体图。
16、 ； 0014 图 6 是第三胀筒 D3 的结构立体图。 具体实施方式 0015 具体实施方式一 ： 结合图1图3说明本实施方式， 本实施方式包括内套筒驱动器 B、 外套筒增强器A和电热膜C， 内套筒驱动器B由上至下依次为内上直筒段B1、 内锥筒段B2 和内下直筒段 B3， 内下直筒段 B3 的直径小于内上直筒段 B1 的直径， 外套筒增强器 A 由上 至下依次为外上直筒段 A1、 外锥筒段 A2 和外下直筒段 A3， 外下直筒段 A3 的直径小于外上 直筒段 A1 的直径， 外套筒增强器 A 套装在内套筒驱动器 B 上， 内上直筒段 B1 位于外上直筒 段 A1 中， 内锥筒段 B2 位于外。
17、锥筒段 A2 中， 内下直筒段 B3 位于外下直筒段 A3 中， 内上直筒 段 B1 的上端面低于外上直筒段 A1 的上端面， 内下直筒段 B3 的下端外露于外下直筒段 A3， 内套筒驱动器B和外套筒增强器A的内壁均贴敷有电热膜C， 内套筒驱动器B和外套筒增强 器 A 的材质均为形状记忆聚合物复合材料。将外上直筒段 A1 加热回复， 以实现内套筒驱动 器 B 和外套筒增强器 A 的无缝连接， 从而将内上直筒段 B1 部分锁紧。需要释放时， 将内上 直筒段 B1 加热回复， 使得内上直筒段 B1 的外径与内下直筒段 B3 的外径相等， 内套筒驱动 器 B 顺利的从外下直筒段 A3 中脱离， 实现。
18、释放。 0016 将内套筒驱动器 B 与空间展开结构连接 ( 如天线、 太阳能帆板等 )， 将外套筒增强 器A与空间展开机构的主体连接(如卫星、 飞船、 火箭等)。 当展开机构需要释放时， 采用电 加热方式将内套筒驱动器B加热胀大， 当温度达到玻璃化温度之后， 内套筒驱动器B恢复成 初始形状， 在外力作用下， 就完成了整个释放过程。外套筒增强器 A 是用于释放机构与空间 展开机构连接的一部分， 该部分用于增强释放机构的连接强度， 通过增加内外套筒之间的 摩擦力， 实现了内外套筒的紧密连接。电热膜 C 是提供内套筒胀大部分达到玻璃化转变温 度所需的能量。 0017 具体实施方式二 ： 结合图 1。
19、 图 3 说明本实施方式， 本实施方式的外下直筒段 A3 的内径小于内上直筒段 B1 的外径。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。 0018 具体实施方式三 ： 结合图图1图3说明本实施方式， 本实施方式的形状记忆聚合 物复合材料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、 形状记忆聚酯、 形状记忆苯乙烯 - 丁二烯聚合物或形状记忆聚降冰片烯。其它组成 及连接关系与具体实施方式一或二相同。 0019 具体实施方式四 ： 结合图1图3说明本实施方式， 本实施方式的形状记忆聚合物 复合材料中的增强纤维占总形状记忆聚合物复合材料的 10 50。其它组成及连接。
20、关 系与具体实施方式三相同。 0020 具体实施方式五 ： 结合图1图3说明本实施方式， 本实施方式的形状记忆聚合物 复合材料中的增强纤维占总形状记忆聚合物复合材料的30。 其它组成及连接关系与具体 说 明 书 CN 104443438 A 5 3/4 页 6 实施方式四相同。 0021 具体实施方式六 ： 结合图1图3说明本实施方式， 本实施方式的形状记忆聚合物 复合材料中的增强纤维为碳纤维、 石墨纤维、 玻璃纤维或碳纳米管。 上述纤维增强材料具有 比重高、 强度大、 模量高、 耐腐蚀等特点， 能够有效的增强形状记忆聚合物的强度。 其它组成 及连接关系与具体实施方式五相同。 0022 具体实。
21、施方式七 ： 结合图 2、 图 4 和图 5 说明本实施方式， 本实施方式的外套筒增 强器 A 的制作方法如下 ： 0023 步骤一 ： 根据实际的外套筒增强器 A 尺寸设计外套筒增强器的闭合模具 ； 0024 步骤二 ： 将配制的形状记忆聚合物复合材料灌满步骤一中的外套筒增强器的闭合 模具中 ； 形状记忆聚合物复合材料的配制的方法为本领域技术人员公知技术 ； 0025 步骤三 ： 固化 ： 将步骤二中获得到的内部填充有未固化的纤维增强形状记忆聚合 物的外套筒增强器的闭合模具放置在加热箱中加热， 加热温度为 80 100 , 加热时间 为 16 小时 24 小时 ； 0026 步骤四 ： 脱模。
22、 ： 从加热箱中取出外套筒增强器的闭合模具， 对外套筒增强器的闭 合模具进行脱模处理后， 得到纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状 ； 0027 步骤五 ： 将外套筒增强器 A 加热 ( 可以用水浴加热或加热箱恒温加热等方式 ) 到 玻璃化温度 (TG)， 用外径大于外上直筒段 A1 内径的第一胀筒 D1 撑大外上直筒段 A1 的内 径， 使外上直筒段 A1 内径大于内上直筒段 B1 的外径， 用外径大于外下直筒段 A3 内径的第 二胀筒 D2 撑大外下直筒段 A3 的内径， 使外下直筒段 A3 内径大于内下直筒段 B3 的外径 ； 0028 步骤六 ： 将外套筒增强器 A 冷却。 0029 步。
23、骤二中的外上直筒段 A1 部分只进行纵向纤维缠绕， 其他部分进行纵横两相纤 维缠绕。步骤五中的撑大方式可采用模具胀大、 气压胀大或水压胀大的方式。 0030 其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。 0031 具体实施方式八 ： 结合图 3 和图 6 说明本实施方式， 本实施方式的内套筒驱动器 B 的制作方法如下 ： 0032 步骤一 ： 根据实际的内套筒驱动器 B 尺寸设计内套筒驱动器的闭合模具 ； 0033 步骤二 ： 将配制的形状记忆聚合物复合材料灌满步骤一中的内套筒驱动器的闭合 模具中 ； 形状记忆聚合物复合材料的配制的方法为本领域技术人员公知技术 ； 0034 步骤三 ： 固化 ： 。
24、将步骤二中获得到的内部填充有未固化的纤维增强形状记忆聚合 物的内套筒驱动器的闭合模具放置在加热箱中加热， 加热温度为 80 100 , 加热时间 为 16 小时 24 小时 ； 0035 步骤四 ： 脱模 ： 从加热箱中取出内套筒驱动器的闭合模具， 对内套筒驱动器的闭 合模具进行脱模处理后， 得到纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状 ； 0036 步骤五 ： 将步骤四中内套筒驱动器 B 置于外上直筒段 A1 中， 内套筒驱动器 B 加热 ( 可以用水浴加热或加热箱恒温加热等方式 ) 到玻璃化温度 (TG)， 用外径大于内上直筒段 B1内径的第三胀筒D3撑大内上直筒段B1的内径， 通过电热膜C加热。
25、内锥筒段B2至内锥筒 段 B2 与外锥筒段 A2 接触， 至此， 完成内套筒驱动器 B 与外上直筒段 A1 的连接。 0037 第二胀筒 D1 的外径小于第三胀筒 D3 的内径。步骤五中的撑大方式可采用模具胀 大、 气压胀大或水压胀大的方式。 说 明 书 CN 104443438 A 6 4/4 页 7 0038 若要保持内套筒驱动器 B 与外上直筒段 A1 紧密连接， 可通过电热膜 C 加热内上直 筒段 B1 将内上直筒段 B1 与外上直筒段 A1 锁紧。 0039 其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。 0040 具体实施方式九 ： 结合图 1 和图 3 说明本实施方式， 本实施方式的内。
26、下直筒段 B3 的内径为 5mm 25mm， 内上直筒段 B1 的内径为 30mm 60mm， 内套筒驱动器 B 的壁厚为 2mm 4mm， 内套筒驱动器 B 的长度为 100mm 500mm， 内套筒驱动器 B 的胀大率为 2 20， 内套筒驱动器 B 胀大后的长度为 120mm 550mm。内套筒驱动器 B 的参数可以根据实 际需求进行修正。其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。 0041 具体实施方式十 ： 结合图 1 和图 3 说明本实施方式， 本实施方式的内下直筒段 B3 的内径为 10mm， 内上直筒段 B1 的内径为 30， 内套筒驱动器 B 的壁厚为 2.5mm， 内套筒驱动。
27、 器 B 的长度为 200mm， 内套筒驱动器 B 的胀大率为 20， 内套筒驱动器 B 胀大后的长度为 220mm。内套筒驱动器 B 的参数可以根据实际需求进行修正。其它组成及连接关系与具体 实施方式八相同。 0042 具体实施方式十一 ： 结合图 1 和图 3 说明本实施方式， 本实施方式的内下直筒段 B3 的内径为 20mm， 内上直筒段 B1 的内径为 50， 内套筒驱动器 B 的壁厚为 3mm， 内套筒驱动 器 B 的长度为 300mm， 内套筒驱动器 B 的胀大率为 30， 内套筒驱动器 B 胀大后的长度为 390mm。内套筒驱动器 B 的参数可以根据实际需求进行修正。其它组成及连。
28、接关系与具体 实施方式八相同。 0043 具体实施方式十二 ： 结合图 1 和图 2 说明本实施方式， 本实施方式的外下直筒段 A3 的内径为 8mm 30mm， 外上直筒段 A1 的内径为 35mm 65mm， 外套筒增强器 A 的壁厚为 2mm 4mm， 外套筒增强器 A 的长度为 100mm 300mm， 外套筒增强器 A 的胀大率为 2 20， 外套筒增强器 A 胀大后的长度为 120mm 350mm。其中增强纤维的比例为 10 50。外套筒增强器 A 的参数可以根据实际需求进行修正。其它组成及连接关系与具体实 施方式九相同。 0044 具体实施方式十三 ： 结合图 1 和图 2 说明。
29、本实施方式， 本实施方式的外下直筒段 A3 的内径为 15mm， 外上直筒段 A1 的内径为 40mm， 外套筒增强器 A 的壁厚为 2.5mm， 外套筒 增强器 A 的长度为 150mm， 外套筒增强器 A 的胀大率为 20， 外套筒增强器 A 胀大后的长度 为 180mm。外套筒增强器 A 的参数可以根据实际需求进行修正。其它组成及连接关系与具 体实施方式九相同。 0045 具体实施方式十四 ： 结合图 1 和图 2 说明本实施方式， 本实施方式的外下直筒段 A3 的内径为 20mm， 外上直筒段 A1 的内径为 50mm， 外套筒增强器 A 的壁厚为 3mm， 外套筒增 强器 A 的长度为 200mm， 外套筒增强器 A 的胀大率为 30， 外套筒增强器 A 胀大后的长度为 260mm。外套筒增强器 A 的参数可以根据实际需求进行修正。其它组成及连接关系与具体 实施方式九相同。 说 明 书 CN 104443438 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104443438 A 8 2/2 页 9 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 104443438 A 9 。