[发明专利]形状记忆复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及形状记忆材料及其制备方法。

背景技术

随着人类对太空资源利用的不断深入研究，需要更大型空间装置或结构。如近期和将来航天器都要使用大型结构和组件(空间科学天文台、天线、太阳能电池阵等)。但这些大型空间装置和结构直接运载困难，所以这些装置、结构及组件需要用轻质、可折叠封装、并能在空间轨道上展开的材料制备。

目前空间研究主要使用热塑性形状记忆聚合物作为大型太空装置、结构或部件，但是热塑性形状记忆聚合物存在力学性能和耐环境性能差，承受载荷小的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前以热塑性形状记忆聚合物作为大型太空装置、结构或部件在力学性能和耐环境性能差，承受载荷小的缺陷，而提供的形状记忆复合材料及其制备方法。

本发明形状记忆复合材料按质量份数比包括60～85份的热固性树脂和15～40份的纤维材料；所述的热固性树脂按重量份数比由15.17～22.75份对对-二氨基-二苯-甲烷和100份环氧树脂E-51制成。

上述形状记忆复合材料按以下步骤制备：一、按重量份数比将15.17～22.75份对对-二氨基-二苯-甲烷放于104℃的环境中熔融，然后与100份104℃的环氧树脂E-51混合均匀，制成热固性树脂；二、按质量份数比将60～85份热固性树脂均匀涂覆于15～40份纤维材料表面，再置于80℃条件下加热烘干20min；三、将步骤二烘干后的材料升温至80℃，并在温度为80℃、压力为3MPa的条件下热压1h或者在温度为80℃、压力为6MPa的条件下热压2h，然后升温至150℃并在6MPa的条件下热压3h，再自然降温至室温；既得到形状记忆复合材料。

本发明另一种形状记忆复合材料按质量份数比包括60～85份的热固性树脂和15～40份的纤维材料；所述的热固性树脂按重量份数比由82份环氧树脂E-51、18份聚丙二醇二缩水甘油醚和14.15份对对-二氨基-二苯-甲烷制成。

上述形状记忆复合材料按以下步骤制备：一、按重量份数比将14.15份对对-二氨基-二苯-甲烷放于104℃的环境中熔融，然后与82份104℃的环氧树脂E-51混合均匀，再加入18份聚丙二醇二缩水甘油醚，制成热固性树脂；二、按质量份数比将60～85份热固性树脂均匀涂覆于15～40份纤维材料表面；三、将表面涂覆热固性树脂的纤维材料，然后置于80℃的环境中固化3h，再置于150℃的环境中固化3h，既得到形状记忆复合材料。

本发明形状记忆复合材料具有良好的力学性能(拉伸强度为142～400MPa)和耐环境性能(耐湿、耐热和耐腐蚀性)，2g形状记忆复合材料承受载荷为50～60g，在100℃以上的条件下形状回复率高于94.5％。

本发明形状记忆复合材料高应变破坏率为2.8％～4.4％，高单位模量为9～30GPa、低密度(1.4～1.6g/cm³)，具有耐环境特性，能智能机械变形、贮存应变，是展开结构的理想材料。由于其刚性、轻质、力学性能好，形状回复速率高(可在100～150℃的条件下1～9min形状记忆恢复)等优点，可作为理想的大型空间结构材料。本发明形状记忆复合材料恢复温度越高，同等时间内形状记忆复合材料形状回复率越高。

先将本发明形状记忆复合材料加热到其所用热固性树脂玻璃化温度以上，施加外力使其变形，然后再变形状态下冷却，冻结应力，当再次加热时形状记忆复合材料应力释放，自动恢复到原来的赋型状态。本发明形状记忆复合材料具有优异的结构性能和可设计性。本发明形状记忆复合材料能够在地面上进行测试试验，并在发射前折叠封装，送上轨道后可以加热展开；可以有效的降低发射风险、提高火箭负载能力、减少发射成本和消除空间展开时的震动等问题。

本发明形状记忆复合材料存储期长，性能稳定不存在化学反应、毒性、爆炸危险及环境冲突。

本发明形状记忆复合材料的制备方法简单，设备要求低，对操作人员及环境无危害，可采用现有的复合材料成型工艺。

附图说明