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CN112960105A - 一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮 - Google Patents

一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮 Download PDF

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CN112960105A
CN112960105A CN202110331763.4A CN202110331763A CN112960105A CN 112960105 A CN112960105 A CN 112960105A CN 202110331763 A CN202110331763 A CN 202110331763A CN 112960105 A CN112960105 A CN 112960105A
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CN
China
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shape memory
continuous carbon
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carbon fiber
skin
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Application number
CN202110331763.4A
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王大明
于常安
王罗
孟礼成
游宇
曹阳
姚程炜
顾星宇
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Equipment Design and Testing Technology Research Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Original Assignee
Equipment Design and Testing Technology Research Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
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Abstract

本发明提供了一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，该方案包括有形状记忆聚合物基体和至少一根非直线型排列的连续碳纤维；形状记忆聚合物基体包覆在连续碳纤维外部。该方案中使用非直线形排列的连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，蒙皮在可变形的情况下，相比于单纯填充颗粒或者短纤维，其力学性能得到进一步的提高；连续碳纤维和导电颗粒既作为增强体又作为导电网络，可以实现功能集成；通过调整连续碳纤维的长度来设计碳纤维的电阻值，并根据使用条件通过导电颗粒传递焦耳热，确保蒙皮电阻值与施加电压匹配，可以实现在蒙皮迅速升温的同时防止形状记忆聚合物因瞬时高温产生损伤。

Description

一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变 形蒙皮
技术领域
本发明涉及的是航空技术领域，尤其是一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮。
背景技术
在通电条件下，电驱动形状记忆聚合物形蒙皮可以利用焦耳热效应来驱动自身变形，不需要额外提供加热系统。形状记忆聚合物大多都是电绝缘、高热阻材料，为使形状记忆聚合物蒙皮可以实现较大的变形并且具备电驱动变形功能，增强材料通常选用可导电的粉末或短切碳纤维。由于碳纤维的伸长率很小，不适合使用连续碳纤维制造可变形机翼蒙皮，并且连续碳纤维电阻一般都很小，而形状记忆聚合物导热系数低，一旦施加的电压不合适，连续碳纤维因通电产生的瞬时高温来不及向聚合物扩散，很容易造成形状记忆聚合物损伤。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，该方案采用非直线型排列的连续碳纤维以及导电颗粒作为增强材料和导电网络，具有更好的力学性能，同时能够精准设计蒙皮的电阻值，使蒙皮的电阻值与施加的电压匹配，能够在实现蒙皮迅速升温的同时避免形状记忆聚合物因瞬时高温产生损伤。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，包括有形状记忆聚合物基体和至少一根非直线型排列的连续碳纤维；形状记忆聚合物基体包覆在连续碳纤维外部。
作为本方案的优选：形状记忆聚合物基体的一个水平面上设置至少一根沿该水平面排列且排列方向一致的连续碳纤维。
作为本方案的优选：形状记忆聚合物基体内部能够设置导电颗粒，导电颗粒与连续碳纤维不接触。
作为本方案的优选：通过控制非直线形排列的连续碳纤维的长度能够设计蒙皮的电阻值。
作为本方案的优选：通过控制非直线形排列的连续碳纤维的长度和改变导电颗粒的含量能够设计蒙皮电阻值。
作为本方案的优选：蒙皮的导电回路由连续碳纤维单独组成或由连续碳纤维和导电颗粒共同组成。
作为本方案的优选：形状记忆聚合物基体为形状记忆苯乙烯共聚物、形状记忆环氧共聚物、形状记忆氰酸酯共聚物的一种或是几种的混合。
作为本方案的优选：导电颗粒的材料为碳黑或碳纳米管。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中使用非直线形排列的连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，蒙皮在可变形的情况下，相比于单纯填充颗粒或者短纤维，其力学性能得到进一步的提高；连续碳纤维和导电颗粒既作为增强体又作为导电网络，可以实现功能集成；通过调整连续碳纤维的长度来设计碳纤维的电阻值，并根据使用条件通过导电颗粒传递焦耳热，确保蒙皮电阻值与施加电压匹配，可以实现在蒙皮迅速升温的同时防止形状记忆聚合物因瞬时高温产生损伤。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明实施例的结构示意图。
图3为本发明蒙皮展开过程示意图。
图中，1为形状记忆聚合物基体，2为连续碳纤维，3为导电颗粒。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例：
通过蒙皮尺寸及碳纤维电阻率确定非直线形排列的连续碳纤维2数量及每根非直线形排列的连续碳纤维长度，进而确定每根非直线形排列的连续碳纤维在蒙皮厚度方向上的排布的层数。如图2所示，非直线形排列的一根连续碳纤维在形状记忆聚合物基体1的厚度方向分布了三层；根据蒙皮不同电阻值和使用条件，可加入不定量的导电颗粒3，导电颗粒增强体3均匀分散于形状记忆聚合物基体1中。
本实施例在通电条件下，蒙皮依靠自身电阻产生的焦耳热进行升温，当形状记聚合物处于玻璃化转变温度以上时，通过驱动器使蒙皮变为U形结构，之后断电，蒙皮冷却后形状固定；再次通电，此变形蒙皮能够快速回复到初始形状，如图3所示。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，其特征是：包括有形状记忆聚合物基体和至少一根非直线型排列的连续碳纤维；所述形状记忆聚合物基体包覆在连续碳纤维外部。
2.根据权利要求1所述的一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，其特征是：所述形状记忆聚合物基体的一个水平面上设置至少一根沿该水平面排列且排列方向一致的连续碳纤维。
3.根据权利要求1所述的一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，其特征是：所述形状记忆聚合物基体内部能够设置导电颗粒，导电颗粒与连续碳纤维不接触。
4.根据权利要求1所述的一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，其特征是：通过控制非直线形排列的连续碳纤维的长度能够设计蒙皮的电阻值。
5.根据权利要求3所述的一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，其特征是：通过控制非直线形排列的连续碳纤维的长度和改变导电颗粒的含量能够设计蒙皮电阻值。
6.根据权利要求1或3所述的一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，其特征是：蒙皮的导电回路由连续碳纤维单独组成或由连续碳纤维和导电颗粒共同组成。
7.根据权利要求1所述的一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，其特征是：所述形状记忆聚合物基体为形状记忆苯乙烯共聚物、形状记忆环氧共聚物、形状记忆氰酸酯共聚物的一种或是几种的混合。
8.根据权利要求1所述的一种可设计电阻的电驱动连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形蒙皮，其特征是：所述导电颗粒的材料为碳黑或碳纳米管。
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