[发明专利]形状记忆环氧树脂体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种形状记忆材料，具体涉及一种空间结构用可形状记忆的热固性树脂材料。

背景技术

随着人类对太空资源利用的不断深入，对大型空间结构提出强烈的需求。近期和将来航天器都要求使用大型结构和组件，如设计构建大型结构的空间科学天文台、天线、太阳能电池阵等。但这些大型空间结构运载困难，为了能用现有的运载火箭堆这些大型结构进行装载，要求大型超轻质结构和组件，能够在发射前进行有效地折叠封装，在空间轨道上能可靠地展开。热固性树脂基形状记忆复合材料技术是近年来刚开始研究开发的一种新材料技术，主要是形状记忆环氧树脂的开发，由于其高应变破坏率、高单位模量、低密度，耐环境特性，能机械变形、贮存应变和形状恢复，是展开结构的理想材料，用它制造出简单、刚性、轻质的展开结构。热固性树脂基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，送上轨道后可以用应用加热简单而又可靠地展开。通过热固性树脂基形状记忆复合材料技术，可以降低风险、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问题。该技术已经成为空间技术研究的热点。通过这一新技术的研究、开发和应用，不但能为航天科技提供一个用比较小的发射质量、体积和构造大型空间结构提供新技术，同时也为创建超巨型的，超轻量化的空间结构提供了一个更有效的新途径。开发强有力的空间展开结构的一项关键技术就是选择合适的材料来满足体系要求。但是，从国内公开发表的文献来看，只有关于热塑性形状记忆聚合物的研究，还没有与热固性形状记忆树脂有关的资料，而空间使用的形状记忆树脂材料必需是热固性树脂材料。国外已见报道的空间使用形状环氧树脂主要是美国航空与宇宙航行局(NASA)下属的Composite Technology Development开发的TEMBO系列环氧树脂和ILC Dover开发的TP系列环氧树脂，但其关键技术和资料都是保密的。

发明内容

本发明的目的是为了解决大型空间结构运载困难的问题，而提供一种形状记忆环氧树脂体系。

本发明的形状记忆环氧树脂体系(体系是指环氧树脂和固化剂的混合物)由环氧树脂和固化剂制成，环氧树脂与固化剂的重量比为100∶13.55～22.75。所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚A型环氧或脂肪族环氧共混树脂共混型环氧树脂，其中双酚A型环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-51或双酚A型环氧树脂E-44，脂肪族环氧树脂聚丙二醇二缩水甘油醚或聚乙二醇二缩水甘油醚，所述的固化剂为胺类固化剂，胺类固化剂为对，对′-二氨基-二苯-甲烷。

环氧树脂不限于本发明所列举的物质，只要是能和双酚A型环氧形成轻度交联稳定网络结构并能提高环氧树脂体系韧性、同时并使体系强度降低不大的脂肪族环氧树脂；或者是分子链中具有刚性结构又有柔性结构、其轻度交联固化物的模量在玻璃化转变时能迅速发生两个数量级转变的共混型环氧树脂都在本发明保护范围之内。

固化剂也不仅限于本发明所列举的物质，理论上只要和环氧树脂能够起化学反应生成交联结构的常用固化剂均可以使用，如胺类固化剂(多乙烯多胺、间苯二胺、二胺基二苯基砜等)，酸酐类固化剂(邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐、顺丁烯二酸酐等)，咪唑类固化剂(2-甲基咪唑、2-乙基4-甲基咪唑等)。  由于形状记忆环氧树脂体系主要用于空间使用，因此，要求所选体系符合空间使用性能要求。通过控制不同的交联度来获得不同的形状记忆性能，一般固化剂用量为完全固化时固化剂用量的60％-90％。

本发明涉及形状记忆技术的原理是：形状记忆环氧树脂具有两相结构，即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能可逆地固化和软化的可逆相组成。环氧树脂基SMP.中，轻度交联部分形成固定相，可逆相为发生玻璃态和高弹态可逆转变的相结构。当加热到Tg时，可逆相分子链的微观布朗运动加剧，而固定相仍处于固化状态，其分子链被束缚，材料由玻璃态转化为高弹态。此时，以一定的加工方法可使高弹态的SMP在外力作用下变形，由于形变落后于应力变化，可以在外力保持下冷却，可逆相固化。解除外力后就可得到稳定的新形状，即变形态。此时的形状由可逆相维持分子链沿外力方向取向、冻结，而固定相处于高应力形变状态。当变形态被加热至形状恢复温度(Tg)时，可逆相软化而固定相保持固化。可逆相分子链运动复活，在固定相的恢复应力作用下解除取向，并逐步达到热力学平衡状态，宏观上表现为恢复状态。