[发明专利]热致形变支撑臂的制备以及利用其调控空间反射镜展开状态的方法

说明书

本发明公开了一种热致形变支撑臂的制备以及利用其调控空间反射镜展开状态的方法，所述热致形变支撑臂为由双向形状记忆聚合物基体相和基体增强相通过物理方法共混或层压制备而成的双向形状记忆复合材料。本发明通过物理调控和化学调控协同作用，利用材料所具有的双向形状记忆效应，通过感知环境温度的改变，材料自主发生可预先“编程”的形变，从而能够实现空间反射镜处于白天区域时展开、夜晚区域时收拢，降低了太空碎片对空间反射镜等空间展开结构造成的危害，使用寿命长，并且不需要携带加热设备，容易运载。

技术领域

本发明属于空间可展开支撑臂技术领域，涉及一种可重复“伸展-收缩”的热致形变支撑臂的制备方法以及利用其调控空间反射镜展开状态的方法。

背景技术

空间可展开支撑臂作为构建大型复杂空间结构的基础，被广泛应用于柔性太阳翼、太阳帆、大口径空间望远镜、空间站等诸多领域。特别地，在空间反射镜领域，柔性支撑结构应具备可自主式协调运动的特性，适应大容差、重力、热以及装配应力变化带来的影响。

目前，关于空间可展开支撑臂的种类可以归结为以下几种：铰接桁架式伸展臂、薄壁管式伸展臂、套筒管式伸展臂、盘绕式伸展臂、充气式伸展臂及张力集成体系伸展臂等。文献显示，可储存管状伸展杆式支撑臂、伸缩套筒式支撑臂等具有承载能力弱、收拢率较大、结构刚度低等缺点，因此在空间反射镜领域的应用受到限制。而充气刚化式支撑臂虽具有低密度、收拢率小等优点，但一般不可循环收拢展开。

值得注意的是，双向形状记忆聚合物能够响应两种不同的刺激而在两个稳定的形状之间往复切换，具有形状记忆可逆性。例如，可以通过循环地加热和冷却此类材料，其形状能够实现可逆的卷曲和伸展。同时，这类材料由于具有稳定均匀的交联网状分子链结构、灵活的可调谐温度响应性以及优异的机械性能，可以作为空间反射镜柔性支撑材料的重要考虑对象。

更重要的是，空间反射镜被发射到地球轨道上以后，可以在处于白天区域时反射太阳光，为地面的夜间区域提供照明或为农业生产等提供阳光，当空间反射镜处于夜晚区域时，虽然已经无法执行反射任务，但是仍然处于展开状态，遭受太空碎片撞击机率等不能有效降低。然而，利用双向形状记忆聚合物制备的空间可展开支撑臂应用到空间反射镜柔性支撑结构上，可以根据环境温度操纵反射镜的状态，降低镜面损害几率。

发明内容

为了解决目前空间反射镜处于夜晚区域无法执行反射任务时仍然处于展开状态的问题，降低太空碎片对空间反射镜等空间展开结构造成的危害，本发明提供了一种热致形变支撑臂的制备以及利用其调控空间反射镜展开状态的方法。本发明通过物理调控和化学调控协同作用，利用材料所具有的双向形状记忆效应，通过感知环境温度的改变，材料自主发生可预先“编程”的形变，从而能够实现空间反射镜处于白天区域时展开、夜晚区域时收拢，降低了太空碎片对空间反射镜等空间展开结构造成的危害，使用寿命长，并且不需要携带加热设备，容易运载。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种热致形变支撑臂，为由双向形状记忆聚合物基体相和基体增强相通过物理方法共混或层压制备而成的双向形状记忆复合材料，其中：

所述双向形状记忆聚合物基体相包括但不限于交联EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）、交联LDPE（低密度聚乙烯）、交联PCL（聚己内酯）以及交联POA（聚己二酸辛二醇酯）等中的一种；

所述基体增强相包括但不限于碳纳米管、银纳米线、碳纤维、石墨烯、玻璃纤维、芳纶纤维等中的一种；

所述双向形状记忆聚合物基体相的含量为双向形状记忆复合材料总质量的20~80%，可以保证支撑臂的展开与收拢更加顺畅。

一种上述热致形变支撑臂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、选取双向形状记忆聚合物（2W-SMP）基体相，并确定双向形状记忆聚合物基体相的形状记忆特征温度，其中：