[发明专利]一种基于形状记忆聚氨酯的感温自组装装置

说明书

本发明公开了一种基于形状记忆聚氨酯的感温自组装装置，包括用于组成装置本体的若干椴木板和用于连接相邻椴木板的若干驱动件；椴木板呈方形结构，其每条边的中间部位开设连接区，连接区内均匀开设若干切口；驱动件包括驱动件上部和驱动件下部；驱动件上部和驱动件下部之间通过过渡段平滑连接；将驱动件上部嵌入一块椴木板上的切口内，驱动件的下部嵌入另一块椴木板上对应的切口内，实现相邻两块椴木板之间的连接。本发明采用小半径的“S型”过渡段，既能避免在弯曲过程中产生失稳，又能提供更大的回复弯矩；采用不同初始形状的驱动部件(改变角度、形状、尺寸等)配合的方案，来解组装过程中决残余变形、临近变形时提供弯矩过小的问题。

技术领域

本发明属于温度感应实现自组装的技术领域，具体涉及一种基于形状记忆聚氨酯的感温自组装装置。

背景技术

形状记忆效应，即材料能够在特定条件下被赋形，由初始形态被转变为赋形后的形态，并在受热、光、磁、化学刺激后，主动地由赋形后形态转变为初始形态的性质参与组成自组装结构是形状记忆聚合物一类重要的运用。

其中，形状记忆聚氨酯(SMPU)是一种能够响应热刺激的聚氨酯高分子材料，其在不同温度下的弹性模量E不同(如图6所示)，能够感应外界的温度变化的刺激而能从任意赋型形状向初始形状转变，其中使模量剧变的温度范围称为玻璃化转变区，玻璃化转变温度T_g约等于该区域范围的中值。

形状记忆聚氨酯的赋型、回复阶段的应力-应变曲线如图7所示。形状记忆聚氨酯的形状记忆效应是由玻璃态—橡胶态转变产生的，整个过程可分为“赋型”与“回复”。

根据自由体积理论，聚氨酯在达到玻璃化温度后，其自由体积会随温度的升高而增大。加载时，温度大于玻璃化态温度T_g而小于熔融温度T_m，聚氨酯材料发生变形。此时材料自由体积大，分子链段异构运动较为活跃而整链总体不发生滑动，导致变形产生的内应力随时间迅速减小，即松弛明显(表观上模量很小)。随后降温至玻璃化转化温度T_g以下，分子链段运动被冻结，内应力驱使下的蠕变回复时间变长，由于回复时间远大于观察时间(表观上模量很大)，可以认为其在卸载后能够暂时固定在现有形状(内应力并未消失，而是实现自平衡)，这一过程称为“赋形”。

将赋形后的聚合物再次加热至玻璃化温度以上，聚合物分子链段运动变得活跃，在内应力驱动下能迅速回复至原有形状。这一过程称为“回复”，而在回复过程中产生的内应力称为回复应力。

自组装结构，即材料能够自发地从一种易于制造，运输的结构转变为另一种较为复杂的结构，在诸多领域有广泛的前景。例如在传统的卫星中，太阳能帆板的展开等操作通常依赖于机械铰链，马达等驱动工具，由于结构复杂，很容易造成组装困难，可靠性低等问题。而使用依赖于形状记忆效应的自组装装置可以解决这个问题，只需要施加相应的刺激，结构可以自动变形到预先设计的形状。

而现有技术的自组装装置大多由电力带动，受恶劣极端环境条件的局限性大，且维护不便，价格昂贵，耗能大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种基于形状记忆聚氨酯的感温自组装装置，以解决或改善上述的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于形状记忆聚氨酯的感温自组装装置，其包括用于组成装置本体的若干椴木板和用于连接相邻椴木板的若干驱动件；

椴木板呈方形结构，其每条边的中间部位开设连接区，连接区内均匀开设若干切口；

驱动件包括驱动件上部和驱动件下部；驱动件上部和驱动件下部之间通过过渡段平滑连接；将驱动件上部嵌入一块椴木板上的切口内，驱动件的下部嵌入另一块椴木板上对应的切口内，实现相邻两块椴木板之间的连接。