专利名称：循环通路微脉管网络结构及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种循环通路微脉管网络结构及其应用。
背景技术：
在自然界，许多生物利用微管网络结 构实现了让人类叹为观止的功能。譬如德国著名的植物学教授w. Bartblott在九十年代发现的“荷叶自洁效应”。在显微镜下观察到荷叶的表面布满了超微管路，这些管路中充满着空气，这样荷叶的表面形成了一层纳米级的空气层，所以总是能看到滴落在荷叶上的水滴会滑落下来。研究荷叶结构的成果已经催生了一批新兴产业的诞生。再有遍及植物与动物体内复杂的管道。植物体内的“导管”、动物体内的血管时刻输送着生命必需的水和养分。这些都给循环通路微脉管的应用提供了灵感。近些年来，面临航空航天方面的要求，复合材料、智能材料等高性能材料迅猛发展。其中形状记忆聚合物在一定条件作用下能够主动产生高达100%的大回复变形，因此在医学、航空、航天、智能控制等领域显示出巨大的应用潜力。形状记忆聚合物按激励形式的不同可分为热致、电致、光致和溶液驱动等类型。其中，热致型形状记忆聚合物具有激励形式简单、可回复形变量大和响应速度快等优点，是研究最为广泛和深入的。热致形状记忆聚合物的热-机械变形过程在玻璃化转变温度(Glass Transition Temperature, Tg)以上,对形状记忆聚合物(起始态)施加外力使其变形；在保持外界约束的前提下，使其降温至Tg以下一定温度，撤去外界约束，所赋变形能被长期保持下来(变形态)；当再次加热至玻璃化转变温度以上时，形状记忆聚合物能自动发生形状回复(回复态)。至此，完成形状记忆功能的变形循环。2003年美国国防部高级研究计划局(DARPA)启动了 “可变形飞行器结构(MAS) ”计划，在该计划中可变形飞行器要实现机翼面积变化50%以上，机翼后掠角要变化30度以上。更有一些研究人员表示在可变形飞行器上机翼面积应可变化100%。可变形飞行器可以根据外界的飞行环境来改变自身的气动布局，达到飞行性能最优的目的。在可变形飞行器设计中，蒙皮的设计占据着重要的地位。机翼要实现其弦长、展长、后掠角和面积等的大幅度变化，蒙皮必须能够承受足够大的变形，且在变形过程中要有足够的刚度来维持机翼的气动外形，同时在变形过程中蒙皮材料的剪切模量要尽可能的小以减少驱动器对能量的要求。与橡胶类蒙皮相比，利用热致型形状记忆聚合物的蒙皮体现出明显的优势。然而热致型形状记忆聚合物的有效热激励形式，一直是困扰学界和工程界的一个问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种循环通路微脉管及其应用在热致型形状记忆聚合物上，以解决现有的对热致型形状记忆聚合物激励形式效率低的问题，以及通过循环通路微脉管网络可以明显增强形状记忆聚合物刚度，进而使热致型形状记忆聚合物可以更高效的应用于可变形飞行器蒙皮等领域。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是循环通路微脉管网络结构，包括循环通路微脉管，循环通路微脉管成多排列贯穿式结构或者三维贯穿式结构，该结构位于型形状记忆聚合物基体内部，微脉管网络端部的连通口预设于形状记忆聚合物基体之外，工作流体通过微脉管网络端部的连通口流经整个循环网络。本发明还具有如下特征I、所述的多排列贯穿式结构为三排列贯穿式结构，或采用其他多平行四边形排列结构，如四排列、五排列等等。2、所述的循环通路微脉管结构采用其他多边形结构，或者同时采用几种多边形结构。3、所述的循环通路微脉管多排列贯穿式结构可以不同角度铺设多平行四边形结构。4、所述的循环通路微脉管三维贯穿式结构中，纵向排布采用多个独立平行四边形结构或者其他多边形结构，横向排布采用回行结构或者其他结构与纵向结构交错编织。5、所述的加热循环流体为弹性模量介于0. 1-10G之间的流体。6、所述的加热循环流体为水。7、该循环通路微脉管网络结构应用于热致型形状记忆聚合物。8、所述的形状记忆聚合物基体采用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、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯中的一种。
9、所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、羟基双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、间苯二酚甲醛环氧树脂、四酚基乙烷环氧树脂、AG-80环氧树脂、三聚氰酸环氧树脂、TDE-85环氧树脂、脂环族环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、溴化环氧树脂、丙烯酸环氧树脂、氟化环氧树月旨、有机硼环氧树脂、含磷环氧树脂、柔韧性环氧树脂、弹性体增韧环氧树脂、混合型环氧树脂中的一种。本发明的有益效果是本发明解决了现有热致型形状记忆聚合物激励形式效率低、加热不均匀、工程实现难度大的劣势，解决了形状记忆聚合物在玻璃化转变温度下刚度急剧降低的问题。本发明在有效加热形状记忆聚合物的同时保证了形状记忆聚合物具有抵抗一定荷载的刚度和强度，显著地提高了形状记忆聚合物的承受荷载的能力，拓展了形状记忆聚合物的应用领域，可以使形状记忆聚合物更广泛的应用于多种变形飞行器，以及船舶工业、汽车工业、机器人领域等民用和军事工业系统中。本发明制作工艺简易可靠，使用材料常见而且成本低，激励形状记忆聚合物系统高效，具有广阔的应用前景。
图I是循环通路微脉管三排列贯穿式结构；图2是循环通路微脉管三维贯穿式结构的回行单元；图3循环通路微脉管三排列贯穿式结构铺设于热致型形状记忆聚合物基体结构；图4循环通路微脉管三维贯穿式结构。
具体实施例方式具体实施方式
一如图1、3所示本实施方式所述的循环通路微脉管三排列贯穿式结构，由三个独立的循环通路微脉管网络编织形成。两个排列网络采用多单元平行四边形结构，两列网络正交排列，其中一列多单元平行四边形结构沿纵向排布，另一列沿横向排布。第三列平行四边结构与前两列结构交错编织。三排列循环通路微脉管铺设于热致型形状记忆聚合物基体中。工作流体通过微脉管网络端部的连通口流经整个循环网络。
具体实施方式
二 如图2、4所示本实施方式所述的循环通路微脉管三维贯穿式结构，网络结构按回行编织，纵向排布回行网络与横向排布回行网络交错编织。循环通路微脉管三维贯穿式结构铺设于热致型形状记忆聚合物基体中。工作流体通过微脉管网络端部的连通口流经整个循环网络。
具体实施方式
三本实施方式所述的循环通路微脉管三排列贯穿式结构可以采用其他多平行四边形排列结构，如四排列、五排列等等。其他与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式所述的循环通路微脉管三排列贯穿式结构结构中独立的循环通路微脉管网络可以采用其他多边形结构，或者同时采用几种多边形结构的，其他与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式所述的循环通路微脉管贯穿式结构可以不同角度铺设多平行四边形结构，其他与具体实施方式
一、二、三、四相同。
具体实施方式
六本实施方式所述的循环通路微脉管三维贯穿式结构中，纵向排布可以采用多个独立平行四边形结构或者其他多边形结构，横向排布采用回行结构或者其他结构与纵向结构交错编织。其他与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
七本实施方式所述的加热循环流体为弹性模量介于0. 1-10G之间的液体。如此设置，更有利于增强基体刚度。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二相同。
具体实施方式
八本实施方式的加热循环流体为水。如此设置，成本更低。其它组成及连接关系与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
九本实施方式所述形状记忆聚合物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、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯中的一种。其它与具体实施方式
一、二相同。
具体实施方式
十本实施方式所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树月旨、双酚S型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、羟基双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、间苯二酚甲醛环氧树脂、四酚基乙烷环氧树脂、AG-80环氧树脂、三聚氰酸环氧树脂、TDE-85环氧树脂、脂环族环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、溴化环氧树脂、丙烯酸环氧树脂、氟化环氧树脂、有机硼环氧树脂、含磷环氧树脂、柔韧性环氧树脂、弹性体增韧环氧树脂、混合型环氧树脂中的一种。其它与具体实施方式
一、二相同。以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制，凡采用等同变换或者是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。本发明的工作原理如图1、2、3所示编织一定形状的循环通路微脉管网络结构，将其铺设在热致型形状记忆聚合物基体中，微脉管网络端部的连通口预设于热致型形状记忆聚合物基体之外。工作流体通过外部液压装置和控制装置注入微脉管网络端部的连通口，经由微脉管网络结构通过热致型形状记忆聚合物基体内部。工作流体有效加热形状记忆聚合物的同时保证了形状记忆聚合物具有抵抗一定荷载的刚度和强度，可以显著地提高了形状记忆聚合物的承 受荷载的能力，进而拓展了形状记忆聚合物的应用领域。
权利要求
1.循环通路微脉管网络结构，包括循环通路微脉管，其特征在于循环通路微脉管成多排列贯穿式结构或者三维贯穿式结构，该结构位于热致型形状记忆聚合物基体内部，微脉管网络端部的连通口预设于热致型形状记忆聚合物基体之外，工作流体通过微脉管网络端部的连通口流经整个循环网络。
2.根据权利要求I所述的循环通路微脉管网络结构，其特征在于所述的多排列贯穿式结构为三排列贯穿式结构，或采用其他多平行四边形排列结构，如四排列、五排列等等。
3.根据权利要求I所述的循环通路微脉管网络结构，其特征在于所述的循环通路微脉管结构采用其他多边形结构，或者同时采用几种多边形结构。
4.根据权利要求I所述的循环通路微脉管网络结构，其特征在于所述的循环通路微脉管多排列贯穿式结构可以不同角度铺设多平行四边形结构。
5.根据权利要求2所述的循环通路微脉管网络结构，其特征在于所述的循环通路微 脉管三维贯穿式结构中，纵向排布采用多个独立平行四边形结构或者其他多边形结构，横向排布采用回行结构或者其他结构与纵向结构交错编织。
6.根据权利要求I所述的循环通路微脉管网络结构，其特征在于所述的加热循环流体为弹性模量介于0. 1-10G之间的流体。
7.根据权利要求I或6所述的循环通路微脉管网络结构，其特征在于所述的加热循环流体为水。
8.根据权利要求1-7任一所述的循环通路微脉管网络结构的应用，其特征在于该循环通路微脉管网络结构应用于加热热致型形状记忆聚合物。
9.根据权利要求I或8所述的循环通路微脉管网络结构，其特征在于所述的热致形状记忆聚合物基体采用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、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯中的一种。
10.根据权利要求9所述的循环通路微脉管网络结构，其特征在于所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、羟基双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、间苯二酚甲醛环氧树脂、四酚基乙烷环氧树脂、AG-80环氧树脂、三聚氰酸环氧树脂、TDE-85环氧树脂、脂环族环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、溴化环氧树脂、丙烯酸环氧树脂、氟化环氧树脂、有机硼环氧树脂、含磷环氧树月旨、柔韧性环氧树脂、弹性体增韧环氧树脂、混合型环氧树脂中的一种。
全文摘要
循环通路微脉管网络结构及其应用，包括循环通路微脉管，循环通路微脉管成多排列贯穿式结构或者三维贯穿式结构，该结构位于型形状记忆聚合物基体内部，微脉管网络端部的连通口预设于形状记忆聚合物基体之外，工作流体通过微脉管网络端部的连通口流经整个循环网络。该循环通路微脉管网络结构应用于热致型形状记忆聚合物。本发明加热效率高、加热均匀、工艺简单，解决了形状记忆聚合物在玻璃化转变温度下刚度急剧降低的问题。本发明在有效加热形状记忆聚合物的同时保证了形状记忆聚合物具有抵抗一定荷载的刚度和强度，显著地提高了形状记忆聚合物的承受荷载的能力，拓展了形状记忆聚合物的应用领域。
文档编号C08L67/00GK102745323SQ20121019108
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者冯宁, 冷劲松, 刘彦菊, 孙健, 封硕, 陈善搏 申请人:哈尔滨工业大学