[发明专利]一种形状记忆可反复使用的结构扣件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可反复使用的形状记忆结构扣件及其制备方法。

背景技术

形状记忆聚合物材料可以通过一定适当的刺激形式，使聚合物由形状A转变为形状B，其中形状B是材料的原始形状，而形状A则是通过一定的过程固定的临时形状。其中感热型形状记忆聚合物被人们最早认识，同时也是应用最为广泛的形状记忆聚合物。

多数“环-钩”紧扣件材料不具有形状记忆功能，大多使用外力时“钩-环”结构扣紧和破坏，其弊端在于需要外力接触，而且扣件牢固性不高，脱离时要使用较大外力，不能通过其他刺激方式对扣件进行远程操控。目前有一些形状记忆结构扣件，也使用“钩-环”式紧固原理使扣件紧固，其“钩”部分使用形状记忆材料制备，但形状记忆材料不具备双向形变特性，在脱离时可以通过其他刺激方式进行远程控制，同时仅需要较小外力便可以脱附，但其弊端在于不能反复使用，经过一次形状记忆触发之后必须在外力的作用下重新扣紧，使“钩”结构部分在外力作用下变回原型。

发明内容

针对现有“环-钩”紧扣件存在的问题，本发明提供一种形状记忆可反复使用的结构扣件的制备方法，使用层压法制备双向形状记忆材料，由温度控制材料的形变，而完全不需要外力的作用，这样既能够达到在较小外力作用甚至不需要外力作用下对紧固件进行远程控制，同时紧固件又可以反复使用的目的。

本发明的形状记忆环氧结构扣件为“环-钩”紧扣件，其由“环”状部分和“钩”状部分两部分组成，“环”状部分和“钩”状部分相对设置，所述“环”状部分由环和基底组成，基底上均匀分布有若干个环，所述“钩”状部分由钩和可加热基底组成，可加热基底上均匀分布有若干个可与“环”状部分的环搭扣连接的钩。本发明在原有“环-钩”紧扣件技术上，改进了钩的材质，使钩材料具有双向形状记忆特性，扩展了其使用范围，增加其性能，所述钩的材质为使用层压法制备而成的由形状记忆环氧层和无形状记忆环氧层组成的双向形状记忆层压材料。

本发明按照如下步骤制备形状记忆可反复使用的结构扣件：

（1）制备形状记忆环氧树脂体系；

（2）将形状记忆环氧树脂体系加热至形状记忆温度以上，进行钩状弯曲变形，之后在载荷作用下冷却至形状记忆温度以下，将材料形状固定，使用铝箔将形状记忆环氧层边缘缠紧，作为无形状记忆环氧层固化的模具；

（3）将刚混合均匀的用于制备无形状记忆环氧树脂体系的环氧树脂和固化剂均匀地倒在形状记忆环氧层的上方，在固化条件下制备无形状记忆环氧层，即得到双向形状记忆层压材料；

（4）将经过固化后的双向形状记忆层压材料制备成所需的尺寸，均匀分布在可加热的基底上，组成“钩”状部分；

（5）将环均匀分布在基底材料上，组成“环”状部分。

本发明涉及的层压双向形状记忆材料的原理如下：将具有形状记忆性能的环氧树脂加热至形状记忆温度以上将材料进行弯曲变形，形成“钩状”形状，然后快速冷却，将弯曲的材料临时形状进行固定，将应力能储存。将经过弯曲应变后的形状记忆环氧与没有形状记忆性能的环氧树脂材料进行层压。如果加热至形状记忆材料的恢复温度以上，形状记忆环氧层便会释放储存的应力能，具有转变成原来伸直的趋势，此时形状记忆环氧层的伸直运动会带动无形状记忆性能环氧层一起运动，在宏观上表现为层压材料的伸直运动，同时应力能也由形状记忆层转移至发生形变的无形状记忆环氧层，转换为弹性势能。当形状记忆层材料的回复力与无形状记忆层的弯曲应力相等时，材料不再弯曲，达到力稳态。对材料进行降温处理时，无形状记忆环氧层模量上升比形状记忆层较快，伸直的弹性层会带动无形状记忆环氧层进行弯曲运动，无形状记忆环氧层的弹性势能逐渐转换为形状记忆环氧层的应力能。当两层间相互作用力相等时，材料不再进行弯曲运动。

本发明的形状记忆可反复使用的结构扣件的具体操作过程为：将制备好的热活性“钩”加热至形状记忆温度以上，“钩”进行伸直运动，此时与另外一面“环”状部分接触，降温至材料形状记忆温度以下，“钩”状部分逐渐弯曲，与“环”状部分紧扣，使整个固件扣紧。当扣件需要解离的时候，对“钩”状部分升温，材料逐渐伸直，两个部分的作用力减小，最终解离。重复以上过程，紧固件可以反复使用。

本发明使用热固性环氧树脂作为形状记忆聚合物，使形状记忆结构扣件具有双向形状记忆特性。本发明使用层压法制备双向形状记忆材料，形状变化不需要外力作用，可以使扣件反复使用，其具有以下优点：

1、可通过温度控制其紧固和脱附的过程，比较传统尼龙粘扣式扣件具有更强的结合力，在结合后，扣件不易脱落，脱离的过程，使用较小外力便可脱附。