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。
1.一种智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构的制作方法，该方法是基于智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构的制作方法，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)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)，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，所述外下直筒段(A3)的内径小于内上直筒段(B1)的外径，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，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％，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；
其特征在于：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：将纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状加热到玻璃化温度后，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，得到外套筒增强器(A)；
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：将步骤四中纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状置于外上直筒段(A1)中，步骤四中纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状加热到玻璃化温度后，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(B)与外上直筒段(A1)的紧密连接。
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的制作方法，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。
3.根据权利要求2所述智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构的制作方法，其特征在于：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％。
智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构的制作方法
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的制作方法。
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的制作方法。
[0004] 本发明的智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构的制作方法是基于智能竹节型形状记忆聚合物复合材料释放机构的制作方法，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)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)，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，所述外下直筒段(A3)的内径小于内上直筒段(B1)的外径，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，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％，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；
[0005] 所述外套筒增强器(A)的制作方法如下：
[0006] 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；
[0007] 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；
[0008] 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；
[0009] 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；
[0010] 步骤五：将纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状加热到玻璃化温度后，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，得到外套筒增强器(A)；
[0011] 步骤六：将外套筒增强器(A)冷却；
[0012] 所述内套筒驱动器(B)的制作方法如下：
[0013] 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；
[0014] 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；
[0015] 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；
[0016] 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；
[0017] 步骤五：将步骤四中纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状置于外上直筒段(A1)中，步骤四中纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状加热到玻璃化温度后，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(B)与外上直筒段(A1)的紧密连接。
[0018] 本发明与现有方法相比具有以下有益效果：
[0019] 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。
[0020] 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，为开环控制，系统工作的可靠性高。
[0021] 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。
附图说明
[0022] 图1是本发明的释放机构整体结构主剖图；
[0023] 图2是外套筒增强器A的结构立体图；
[0024] 图3是内套筒驱动器B的结构立体图；
[0025] 图4是第一胀筒D1的结构立体图；
[0026] 图5是第二胀筒D2的结构立体图；
[0027] 图6是第三胀筒D3的结构立体图。
具体实施方式
[0028] 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，实现释放。
[0029] 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。
[0030] 具体实施方式二：结合图1～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。
[0031] 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。
[0032] 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％。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
[0033] 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实施方式四相同。
[0034] 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。
[0035] 具体实施方式七：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：
[0036] 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；
[0037] 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；
[0038] 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；
[0039] 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；
[0040] 步骤五：将纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状加热(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)后，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，得到外套筒增强器A；
[0041] 步骤六：将外套筒增强器A冷却。
[0042] 步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。
[0043] 其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
[0044] 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：
[0045] 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；
[0046] 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；
[0047] 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；
[0048] 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；
[0049] 步骤五：将步骤四中纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状置于外上直筒段A1中，步骤四中纤维增强形状记忆聚合物的原始的形状加热(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)后，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B与外上直筒段A1的连接。
[0050] 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。
[0051] 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。
[0052] 其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。
[0053] 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。
[0054] 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。
[0055] 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。其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。
[0056] 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。
[0057] 具体实施方式十三：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。
[0058] 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。
