CN101003652A

CN101003652A - 纤维增强形状记忆复合材料及其应用

Info

Publication number: CN101003652A
Application number: CN 200710071621
Authority: CN
Inventors: 冷劲松; 刘彦菊; 兰鑫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2007-07-25

Abstract

纤维增强形状记忆复合材料及其应用，它涉及一种形状记忆复合材料及其应用。本发明解决了目前形状记忆聚合物材料的刚度和强度等力学性能较差、变形回复时输出的外力较小、运动稳定性和可靠性较差的问题。本发明由形状记忆聚合物材料和纤维增强相材料组成。本发明各组分材料的体积百分比含量为：形状记忆聚合物材料20～95％，纤维增强相材料5～80％。本发明的材料具有可回复应变大、变形回复时输出的外力较大、运动稳定性好、可靠性高、低密度、高刚度、高强度和低成本等优点。本发明的制备方法具有工艺简单、操作方便的优点。本发明可广泛应用于玩具、医学、建筑、交通、航空航天等诸多领域。

Description

纤维增强形状记忆复合材料及其应用

技术领域

本发明涉及一种形状记忆复合材料及其应用。

背景技术

智能材料与结构是一门新兴的多学科交叉的综合科学，涵盖了材料、力学、机械、电子、控制、电磁等多种学科，是当前工程学科发展的前沿。在过去的几十年里，智能材料已经在航空、航天、舰船、建筑等军事和民用领域中得到广泛运用。智能材料在仿生、传感器、作动器等方面正以前所未有的速度迅猛发展，其中的形状记忆聚合物更是以其优异的综合性能得到越来越广泛的应用。

形状记忆聚合物材料一般具有两相结构：一相是形状记忆材料形状的固定相，另一相是可逆相。固定相具有物理交联或化学交联结构：固定相为物理交联结构的称为热塑性形状记忆聚合物；固定相具有化学交联结构的称为热固性形状记忆聚合物。可逆相随温度变化能可逆的固化和软化，具有物理交联结构。

在智能材料与结构领域，形状记忆聚合物的研究已相对成熟，出现了形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯、形状记忆苯乙烯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯、形状记忆聚降冰片烯等热固性和热塑性形状记忆聚合物材料。

形状记忆聚合物的基本热-机械变形过程为：在玻璃化转变温度(T_g)以上，可施加外力使其变形；在保持外界约束不变的前提下，使其降温至T_g以下一定温度，撤去外界约束，所赋变形能被长期保持下来；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回复到最原始的形状。

形状记忆聚合物的主要特点是可回复应变较大，一般能达到200％。但主要缺点是材料的刚度、强度等力学性能较差，变形回复时输出的外力较小，运动稳定性和可靠性较差，形状保持能力较差(存在较严重的蠕变和应力松弛现象)，这些缺点严重影响了形状记忆聚合物的应用，特别是在需要在极端恶劣条件下工作的航天器上的应用。

现有常规的树脂基复合材料具有高的比强度、比刚度等优异的力学性能，其强度、刚度与金属等量级、而密度却只有钢的几分之一。常规的树脂基复合材料主要考虑材料的强度、刚度等静态或准静态的力学承载性能，不考虑材料的驱动特性，其可恢复应变量一般只有1％～2％。因此，常规的树脂基复合材料主要用于结构承载材料，而不可能用于类似于人工肌肉这类靠材料本身来驱动变形的主动大变形材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前形状记忆聚合物材料的刚度和强度等力学性能较差、变形回复时输出的外力较小、运动稳定性和可靠性较差、形状保持能力较差的问题，提供一种纤维增强形状记忆复合材料及其应用。本发明提供一种热激励主动变形的纤维增强形状记忆聚合物复合材料，该材料具有形状记忆功能，其记忆效应具有多次循环可重复性。本发明主要是实现材料的主动可控制大变形。本发明的纤维增强形状记忆复合材料由形状记忆聚合物材料和纤维增强相材料组成；纤维增强形状记忆复合材料各组分材料的体积百分比含量为：形状记忆聚合物材料20～95％，纤维增强相材料5～80％；更合适的含量为形状记忆聚合物材料40～90％，纤维增强相材料10～60％；最适合的含量为形状记忆聚合物材料50～80％，纤维增强相材料20～50％。

本发明形状记忆聚合物材料为形状记忆苯乙烯、形状记忆环氧树脂、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯、形状记忆聚降冰片烯或形状记忆氰酸酯。

本发明的纤维增强相材料为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、碳化硅纤维、以上纤维的织物、以上纤维的短切纤维中的一种或两种以上的混合物。

本发明的纤维增强形状记忆复合材料在室温时(低于形状记忆聚合物的玻璃化转变温度，T_g)弹性模量较大，当加热到形状记忆聚合物的玻璃化转变温度以上时，形状记忆材料弹性模量降低，可塑性增强，在外界应力作用下，形状记忆复合材料能被动变形至理想形状；在保持外力约束的情况下将温度降至室温时(＜T_g)，形状记忆复合材料弹性模量升高，当外力卸载后，形状记忆复合材料能保持变形后的形状，且能长期储存；当再次加热至形状记忆聚合物T_g以上时，纤维增强形状记忆复合材料能主动回复至最原始(脱模后)的形状。纤维增强形状记忆复合材料能表现出无损伤或较小损伤的拉长-回缩、弯曲-伸展、压缩-伸长等热机械循环性能。

本发明所述材料的制备方法为树脂基复合材料的常规制备方法，包括：手糊成型、模压成型、缠绕成型、喷射成型、树脂传递模塑成型、袋压法成型、真空袋-热压罐法成型、热压罐法成型、液压釜法成型、热膨胀塑法成型、层压及卷管成型、拉挤成型、连续缠管、连续制板。由于树脂基复合材料制备方法的多样性和工艺的不规范性，本专利所详述的三种制造方法只是树脂基复合材料众多制备方法中具体的例子，并不是对其制备方法的限制。

方法一：

本方法的制备步骤如下：a、制备形状记忆聚合物，将反应后的混合物在低温条件下保存；b、纤维增强材料用有机溶液清洗，在烘箱中150～200℃下干燥处理40～60min直至有机溶液完全挥发；c、将脱模剂置于模具上；d、将经步骤b处理后的一定量的纤维增强材料装入模具、注入经a处理后的形状记忆聚合物、闭模，使各组分体积百分比为：形状记忆聚合物材料20～95％，纤维增强相材料5～80％；e、将模具在热压机中，按形状记忆聚合物规定的固化温度和时间固化；f、从热压机取出模具，待模具温度降至室温时脱模；得到固化后的纤维增强形状记忆复合材料产品。

方法二：

本方法的制备步骤如下：a、制备形状记忆聚合物，将反应后的混合物在低温条件下保存；b、将涂有脱模剂的芯模安装在复合材料缠绕机的芯轴上；c、调节芯轴的温度至一定温度使之与形状记忆聚合物树脂的温度相近；d、将步骤a化合的形状记忆聚合物树脂注入胶槽；e、从纱架上引出纤维端头，并使其依次通过胶槽的辊子、张力控制装置、丝嘴，最后固定到芯模上；f、调节张力控制装置，使纤维张力满足缠绕工艺的要求；g、缠绕至所需层数，使复合材料板的各组分最终体积百分比为：形状记忆聚合物材料20～95％，纤维增强相材料5～80％，并在旋转装态下烘烤，使形状记忆聚合物树脂均匀浸透纤维；h、把缠好的平板连同芯模放在两加压板之间，在四个角位放置一定厚度的垫块；i、将其直接放入压机，加压，使模具上、下加压板与垫块接触，然后用锋利的刀具在芯模两端切断纤维；i、将模具在热压机中，按形状记忆聚合物的规定的固化温度和时间固化；j、自然冷却至室温，拆开模具，取一出平板；k、对取出的平板进行修整，在垂直于纤维边缘上切去一定长度的一段，得到经缠绕法制备的纤维增强形状记忆复合材料。

方法三：

本方法的制备步骤如下：a、制备形状记忆聚合物，将反应后的混合物在低温条件下保存；b、从低温箱中取出用形状记忆聚合物和纤维制成的预浸料密封袋，置于一定温度环境下，放置时间1～72h，方向启封；c、按裁切型板裁切一定长宽的一定层数的预浸料，使复合材料板的各组分最终体积百分比为：形状记忆聚合物材料20～95％，纤维增强相材料5～80％；d、将切好的预浸料逐层单向铺放在一起，铺好后，称取预浸料坯料重量；e、将金属底模板和上压板涂以脱模剂；f、按复合材料板的各组分最终体积百分比的要求剪裁所需数量和尺寸的吸胶材料；g、将预浸料坯料及有关辅助材料按如下顺序组合：1).在金属底模上放隔离薄膜；2).预浸料坯料上、下表面各铺一层有孔脱模布；3).在底模板隔离薄膜上放置吸胶材料，数量为其总层数的一半。再将附有有孔脱模布的浸料放在吸胶材料上，然后再放置另一半层数的吸胶材料；同时，在预浸料迭层周边铺设周边档条；4).依次放置有孔隔离层和有孔金属上压板；5).在上压板周边和底模板之间，粘贴周边密封带；h、将上述组合件放入热压罐中的金属基板上，铺放透气材料、真空袋材料和密封胶条，构成真空袋***；i、将模具在热压罐中，按形状记忆聚合物规定的固化温度和时间固化；j、固化后，在压力下随罐冷却到室温。将组合件移出热压罐，取出纤维增强塑料平板。每边切去一定长度的一段；得到经真空袋-热压罐法制备的纤维增强形状记忆复合材料。

单纯的形状聚合物材料的刚度、强度等力学性能较差，在形状记忆回复过程中刚度较低、变形回复力较小、运动稳定性和可靠性较差、存在较严重的应力松弛和蠕变。而形状记忆复合材料能较好的克服上述的缺陷，其在形状记忆回复过程中刚度、强度较高，变形回复力较大，运动稳定性和可靠性较高，形状保持能力较好。

常规的树脂基复合材料主要考虑材料的强度、刚度等静态或准静态的力学承载性能，主要用于结构材料。而纤维增强形状记忆复合材料主要考虑材料的驱动、大变形(有限变形)等动态的力学驱动性能，具有比常规树脂基复合材料高得多的可回复应变。相对于常规的树脂基复合材料，纤维增强形状记忆复合材料是革命性的创新。

本发明所述的用碳纤维或碳纤维的短切纤维作增强相的形状记忆复合材料，经适当调节增强相质量百分比，其具有良好的导电性，即具有电可加热性而无须外界热源加热。在某些需要精确控制材料变形特别是微变形的场合，电控制比外界加热控制更方便，因此导电形状记忆复合材料具有广阔的应用空间。

纤维增强形状记忆复合材料应用在弯曲-伸直式的可展开铰链驱动器、卷曲-伸长式的可展开梁体结构、由弯曲-伸直式的可展开驱动器构成的可伸长梁体结构、依靠材料自身展开的可展开桁架结构、能随意变形的眼镜镜架、能随意变形的飞行器的机翼、能卷曲-伸展的天线、能收缩-伸展的人工肌肉、人造血管扩张器、能改变表情的人造脸部皮肤、人造脊柱支架、机器人的驱动器、汽车的保险杠、汽车后视镜的转向驱动器、自动消防灭火装置的热感触发器、能随意变性的车轮、能随意变形的玩具、能随意变形的玩具娃娃的头发、能随意变形的塑料花或能自动卷起-展开的窗帘、能随意变形的仿生鱼的尾和鳍、能随意变形的仿生鸟的翅膀上。

本发明的材料具有可回复应变大、变形回复时输出的外力较大、运动稳定性好、可靠性高、低密度、高刚度、高强度和低成本等优点。本发明的制备方法具有工艺简单、操作方便的优点。本发明的材料广泛的应用于玩具、医学、建筑、交通、航空航天等诸多领域。

附图说明

图1不同温度条件下的形状回复率-弯曲变形循环次数图，图2形状回复率-弯曲变形次数图，图3在不同初始弯曲角条件下的形状回复残余变形角-变形循环次数图。图1中—▲—表示95℃条件下试验样品的形状回复率-弯曲变形次数曲线，图1中—■—表示85℃条件下试验样品的形状回复率-弯曲变形次数曲线，图1中—+—表示75℃条件下试验样品的形状回复率-弯曲变形次数曲线，图1中—●—表示65℃条件下试验样品的形状回复率-弯曲变形次数曲线，图1中—*—表示55℃条件下试验样品的形状回复率-弯曲变形次数曲线；图3中—■—表示弯曲角度为180°的形状回复残余变形角-弯曲变形循环次数曲线，图3中—▲—表示弯曲角度为135°的形状回复残余变形角-弯曲变形循环次数曲线，图3中—●—表示弯曲角度为90°的形状回复残余变形角-弯曲变形循环次数曲线，图3中—*—表示弯曲角度为45°的形状回复残余变形角-弯曲变形循环次数曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的纤维增强形状记忆复合材料由形状记忆聚合物材料和纤维增强相材料组成；纤维增强形状记忆复合材料各组分材料的体积百分比含量为：形状记忆聚合物材料20～95％，纤维增强相材料5～80％。

具体实施方式二：本实施方式的纤维增强形状记忆复合材料各组分材料的体积百分比含量为：形状记忆聚合物材料40～90％，纤维增强相材料10～60％。

具体实施方式三：本实施方式的纤维增强形状记忆复合材料各组分材料的体积百分比含量为：形状记忆聚合物材料50～80％，纤维增强相材料20～50％。

具体实施方式四：本实施方式的形状记忆聚合物材料为形状记忆苯乙烯、形状记忆环氧树脂、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯、形状记忆聚降冰片烯或形状记忆氰酸酯。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式的形状记忆苯乙烯由苯乙烯单体、乙烯基混合物、交联剂、引发剂和/或粘度调节剂改性聚合物化合而成。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式的乙烯基混合物为乙烯基新癸酸、乙烯基安息香酸、乙烯基丙烯酸、乙烯基硬脂酸和甲基苯乙烯，乙烯基嘧啶。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：本实施方式的交联剂为延胡索酸二烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、酞酸二烯丙酯、辛二酸二烯丙酯、联乙烯基乙二醇、联乙烯基苯、二-[4-(乙烯基氧)丁基]对苯二酸酯、二-[4-(乙烯基氧)甲基环己烷]甲基对苯二酸酯。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：本实施方式的引发剂为自由基引发剂或者阳离子引发剂。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式九：本实施方式的自由基引发剂为有机过氧化物。

本实施方式中任何一种商业化的有机过氧化物都可利用，特丁基过氧化物，特丁基氢过氧化物，过氧化苯甲酰，十二烷基过氧化氢是首选。其它与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：本实施方式的阳离子引发剂为三氟化硼，三氯化铝和四氯化锡。其它与具体实施方式八相同。

具体实施方式十一：本实施方式的粘度调节剂为聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯的共聚物、聚乙烯或聚丙烯。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式十二：本实施方式形状记忆苯乙烯由下列成分按重量百分比制成：苯乙烯单体：35％～95％、乙烯基混合物：5％～60％、交联剂：0.5％～5％、引发剂：0.1％～0.5％。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式十三：本实施方式形状记忆苯乙烯由下列成分按重量百分比制成：苯乙烯单体40％～85％，乙烯基单体5％～20％，交联剂在0.6％～3％，引发剂在0.5％～3％，改性聚合物在5％～50％。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式十四：苯乙烯单体50％～80％，乙烯基单体5％～14％，引发剂在1％～2.5％，改性聚合物在10％～40％。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式十五：本实施方式中形状记忆环氧树脂为氢化邻苯二甲酸的二环氧甘油醚，来源于脂肪族环氧树脂和酸单醚的嵌段低聚物，环氧树脂(分子量：390-430)，异-甲基四氢化邻苯二甲酸酐，三-(二甲基氨基甲基)苯酚，质量比：77，5∶20∶2，7或77，5∶68∶0，7。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式十六：本实施方式形状记忆反式聚异戊二烯常见的配方有：反式聚异戊二烯、轻质碳酸钙、锌白、硬脂酸、硫磺、过氧化二异丙苯，配方各成分质量比为100∶30∶5∶1∶0.5∶3；制备过程为：配料、混炼、硫化成型。经配合和硫化后的反式聚异戊二烯具有形状记忆效应。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式十七：本实施方式形状记忆苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物用阴离子聚合制备而成，方法如下：苯乙烯、丁二烯和异戊二烯单体在烃类溶液己烷或甲苯中反应，并经除氧、除水和除杂质。其中阴离子聚合所用引发剂为有机锂化合物。其它与具体实施方式四相同。

本实施方式中有机锂化合物为丁基锂。

具体实施方式十八：形状记忆聚降冰片烯由环戊二烯和乙烯经Diels-Alder反应合成。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式十九：本实施方式的纤维增强相材料为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、碳化硅纤维、以上纤维的织物、以上纤维的短切纤维的一种或两种以上的混合。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式二十：本实施方式中纤维增强形状记忆复合材料制备方法的步骤如下：a、制备形状记忆聚合物，将反应后的混合物在低温条件下保存；b、纤维增强材料用有机溶液清洗，在烘箱中150～200℃下干燥处理40～60min直至有机溶液完全挥发；c、将脱模剂置于模具上；d、将经步骤b处理后的一定量的纤维增强材料装入模具、注入经a处理后的形状记忆聚合物、闭模，使各组分体积百分比为：形状记忆聚合物材料20～95％，纤维增强相材料5～80％；e、将模具在热压机中，在40～200℃、0.1～20MPa条件下加热2～72小时；f、从热压机取出模具，待模具温度降至室温时脱模，得到固化后的纤维增强形状记忆复合材料产品。

具体实施方式二十一：本实施方式的有机溶剂为丙酮或乙醇。其它与具体实施方式二十一相同。

具体实施方式二十二：本实施方式的脱模剂为聚乙烯醇溶液、聚丙烯酰胺、硅油、聚酯薄膜或玻璃纸。其它与具体实施方式二十一相同。

具体实施方式二十三：本实施方式的纤维增强形状记忆复合材料应用在弯曲-伸直式的可展开铰链驱动器、卷曲-伸长式的可展开梁体结构、由弯曲-伸直式的可展开驱动器构成的可伸长梁体结构、依靠材料自身展开的可展开桁架结构、能随意变形的眼镜镜架、能随意变形的飞行器的机翼、能卷曲-伸展的天线、能收缩-伸展的人工肌肉、人造血管扩张器、能改变表情的人造脸部皮肤、人造脊柱支架、机器人的驱动器、汽车的保险杠、汽车后视镜的转向驱动器、自动消防灭火装置的热感触发器、能随意变性的车轮、能随意变形的玩具、能随意变形的玩具娃娃的头发、能随意变形的塑料花或能自动卷起-展开的窗帘、能随意变形的仿生鱼的尾和鳍、能随意变形的仿生鸟的翅膀上。

具体实施方式二十四：本实施方法中纤维增强形状记忆复合材料制备方法的步骤如下：a、形状记忆苯乙烯由下列成分按重量百分比化合而成：乙烯基新癸酸：7％、联乙烯基苯：1％、苯乙烯：90％、过氧化苯甲酰：2％，将反应后的混合物冷却保存在冰箱里；b、碳纤维布用酒精清洗，在烘箱中180℃下干燥处理30min；c、将硅油置于模具上；d、将经b处理后的连续纤维切成3mm长的短切纤维并使之疏松；e、将经a处理的树脂和经d处理后的短切纤维充分混合，各组分体积百分比为：形状记忆聚合物80％、碳纤维20％；f、将经步骤e处理后的短切纤维增强形状记忆复合材料的预混料注入40×20×0.4cm的长方体模腔、闭模；g、将模具在热压机中，在75℃、2MPa条件下加热24小时；h、待模具温度＜60℃时取出模具并脱模，即得到固化后的短切纤维增强形状记忆复合材料样品，T_g＝62℃。

具体实施方式二十五：本实施方法中纤维增强形状记忆复合材料制备方法的步骤如下：a、形状记忆苯乙烯由下列成分按重量百分比化合而成：乙烯基新癸酸：7％、联乙烯基苯：1％、苯乙烯：90％、过氧化苯甲酰：2％，将反应后的混合物冷却保存在冰箱里；b、将平纹碳纤维织布用酒精清洗，在烘箱中180℃下干燥处理30min；c、将硅油置于模具上；d、将碳纤维织布剪成40×20cm的片材，将其按[0/90]方向装入40×20×0.4cm的长方体模腔中；e、将经步骤a处理后的形状记忆聚合物注入模具、闭模，使得各组分体积百分比为：形状记忆聚合物95％、碳纤维5％；f、将模具在热压机中，在75℃、2MPa条件下加热24小时；g、待模具温度＜60℃时取出模具并脱模，即得到固化后的纤维布增强形状记忆复合材料样品，T_g＝62℃。

具体实施方式二十六：本实施方法中纤维增强形状记忆复合材料制备方法的步骤如下：a、形状记忆苯乙烯由下列成分按重量百分比化合而成：乙烯基新癸酸：7％、联乙烯基苯：1％、苯乙烯：90％、过氧化苯甲酰：2％，将反应后的混合物冷却保存在冰箱里；b、将涂有硅油的芯模安装在复合材料缠绕机的芯轴上；c、调节芯轴的温度至25℃使之与形状记忆苯乙烯树脂的温度相近；d、将步骤a化合的形状记忆苯乙烯树脂注入胶槽；e、从纱架上引出纤维端头，并使其依次通过胶槽的辊子、张力控制装置、丝嘴、最后固定到芯模上；f、调节张力控制装置，使纤维张力满足缠绕工艺的要求；g、缠绕至所需层数，使复合材料板的各组分最终体积百分比为：形状记忆聚合物40％、碳纤维60％，并在旋转装态下于55℃烘烤，使形状记忆苯乙烯树脂均匀浸透碳纤维；h、把缠好的平板(20×20cm)连同芯模放在两加压板之间，在四个角位放置厚度为4mm的垫块；i、将其直接放入压机，加压至2MPa，使模具上、下加压板与垫块接触，然后用锋利的刀具在芯模两端切断碳纤维；i、将模具在热压机中，于75℃、2MPa条件下固化24小时；j、自然冷却至室温，拆开模具，取出平板；k、对取出的平板进行修整，在垂直于纤维边缘上切去15mm，得到经缠绕法制备的碳纤维增强形状记忆复合材料，T_g＝62℃。

具体实施方式二十七：本实施方法中纤维增强形状记忆复合材料制备方法的步骤如下：a、形状记忆苯乙烯由下列成分按重量百分比化合而成：乙烯基新癸酸：7％、联乙烯基苯：1％、苯乙烯：90％、过氧化苯甲酰：2％，将反应后的混合物冷却保存在低温箱中；b、从低温箱中取出用形状记忆苯乙烯和碳纤维制成的预浸料密封袋，置于温度23±2℃，温度55±5％的环境下，放置时间大于2h，方向启封；c、按裁切型板裁切20×20cm的一定层数的预浸料，使复合材料板的各组分最终体积百分比为：形状记忆聚合物60％、碳纤维40％；d、将切好的预浸料逐层单向铺放在一起，铺好后，称取预浸料坯料重量；e、将金属底模板和上压板涂以硅油；f、按复合材料板的各组分最终体积百分比为形状记忆聚合物60％、碳纤维40％的要求剪裁所需数量的吸胶材料。吸胶材料尺寸为20×20cm；g、将预浸料坯料及有关辅助材料按如下顺序组合：1).在金属底模上放隔离薄膜(不透胶的聚四氟乙烯玻璃布)；2).预浸料坯料上、下表面各铺一层有孔脱模布(聚四氟乙烯玻璃布)；3).在底模板隔离薄膜上放置吸胶材料(0.1mm玻璃布)，数量为其总层数的一半。再将附有有孔脱模布的浸料放在吸胶材料上，然后再放置另一半层数的吸胶材料；同时，在预浸料迭层周边铺设周边档条(经硫化的橡胶条)；4).依次放置有孔隔离层和有孔金属上压板；5).在上压板周边和底模板之间，粘贴周边密封带；h、将上述组合件放入热压罐中的金属基板上，铺放透气材料、真空袋材料和密封胶条，构成真空袋***；i、将模具在热压罐中，于75℃、0.5MPa条件下固化36小时：j、固化后，在压力下随罐冷却到室温。将组合件移出热压罐，取出纤维增强塑料平板。每边切去15mm；得到经真空袋-热压罐法制备的碳纤维增强形状记忆复合材料。

本发明用以下试验来验证碳纤维增强形状记忆复合材料的展开回复性能。试验的内容与结果如下：

将具体实施方式二十五得到的碳纤维增强形状记忆复合材料板制成85mm×15mm×4mm的长条状试验样品若干块，以用于下面的试验。

直板长条状试验样品的一端固定于试验机卡具中，另一端自由，中间段可沿固定于试验机面板上的一直径为2mm的圆柱棒弯折。试验步骤：1)将长条状试验样品于85℃水浴中静置3分钟，2)在外力作用下将软化的试验样品绕圆柱棒弯折到一定角度(α)，将弯折变形后的试验样品置于冷水中(外界约束不变)冻结应力和弯折形状，3)再将弯折形状已固定的试验样品置于某一温度的水浴中，4)测量试验样品的形状回复性能：在长条状试验样品自由端作标记以作为测量点来测量变形回复后的残余变形角(β)。形状回复率＝[(α-β)/α]×100％。

1不同温度条件下的形状回复率-弯曲变形循环次数试验

长条状试验样品绕细圆柱棒弯折180°，以测量在不同温度条件下5个试验样品的形状回复率，每个温度点测5次。由图一的在不同温度条件下的形状回复率-弯曲变形循环次数曲线可知：当温度从55℃上升到95℃时，试验样品的形状回复率在89％～96％之间，且随着温度的上升，试验样品的形状回复率呈现微弱的上升趋势。该试验说明，碳纤维增强形状记忆复合材料在T_g附近或高于T_g的温度，其弯曲形状回复率较高，且随着温度的上升，碳纤维增强形状记忆复合材料的形状回复率呈现微弱的上升趋势。

2形状回复率-弯曲变形循环次数试验

长条状试验样品绕细圆柱棒弯折180°，以测得试验样品在85℃条件下形状回复率-弯曲变形次数的试验曲线，弯曲变形循环次数为50次。由图2知：试验样品的形状回复率在91％～96％之间，且随着变形循环次数的上升，试验样品的形状回复率呈下降趋势。该试验说明，碳纤维增强形状记忆复合材料在高于T_g的温度条件下的弯曲形状回复率较高，且随着变形循环次数的上升，碳纤维增强形状记忆复合材料的形状回复率呈下降趋势。

3在不同初始弯曲角条件下的形状回复残余变形角-弯曲变形循环次数试验

在85℃条件下，以测得长条状试验样品在不同初始弯折角度下的残余变形角，初始弯曲角度分别为：45°、90°、135°、180°，每个初始弯曲角作5次变形循环试验。由图3所示，残余变形角在4°～14°之间，且随着试验样品初始弯曲角的增大，其变形回复后的残余变形角也随之增大。该试验说明，碳纤维增强形状记忆复合材料在高于T_g的温度条件下，随着碳纤维增强形状记忆复合材料的弯折角度增大，其变形回复后的残余变形角也随之增大。

Claims

1、一种纤维增强形状记忆复合材料，其特征在于它由形状记忆聚合物材料和纤维增强相材料组成；纤维增强形状记忆复合材料各组分材料的体积百分比含量为：形状记忆聚合物材料20～95％，纤维增强相材料5～80％。

2、根据权利要求1所述的一种纤维增强形状记忆复合材料，其特征在于它的各组分材料体积百分比含量为：形状记忆聚合物材料40～90％，纤维增强相材料10～60％。

3、根据权利要求1所述的一种纤维增强形状记忆复合材料，其特征在于它的各组分材料体积百分比含量为：形状记忆聚合物材料50～80％，纤维增强相材料20～50％。

4、根据权利要求1、2或3所述的一种纤维增强形状记忆复合材料，其特征在于形状记忆聚合物材料为形状记忆苯乙烯、形状记忆环氧树脂、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯、形状记忆聚降冰片烯或形状记忆氰酸酯。

5、根据权利要求1、2或3所述的一种纤维增强形状记忆复合材料，其特征在于纤维增强相材料为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、碳化硅纤维、以上纤维的织物、以上纤维的短切纤维中的一种或两种以上的混合。

6、根据权利要求1、2或3所述的一种纤维增强形状记忆复合材料的应用，其特征在于纤维增强形状记忆复合材料应用在弯曲-伸直式的可展开铰链驱动器、卷曲-伸长式的可展开梁体结构、由弯曲-伸直式的可展开驱动器构成的可伸长梁体结构、依靠材料自身展开的可展开桁架结构、能随意变形的眼镜镜架、能随意变形的飞行器的机翼、能卷曲-伸展的天线、能收缩-伸展的人工肌肉、人造血管扩张器、能改变表情的人造脸部皮肤、人造脊柱支架、机器人的驱动器、汽车的保险杠、汽车后视镜的转向驱动器、自动消防灭火装置的热感触发器、能随意变性的车轮、能随意变形的玩具、能随意变形的玩具娃娃的头发、能随意变形的塑料花或能自动卷起-展开的窗帘、能随意变形的仿生鱼的尾和鳍、能随意变形的仿生鸟的翅膀上。