形狀記憶聚合物作為一種智能材料，在航空航天領域顯示出巨大的前景。根據形狀記憶聚合物材料的機理、組成及結構將其與一定的增強相進行復合，可設計出具有低成本，展開過程平緩，振動小，高強度，優良的導電性能的智能材料。對于航空航天用形狀記憶展開結構來說，其展開結構多為電致形狀記憶聚合物復合材料，因此，聚合物的增強應當關注兩個方面，其一為增強形狀記憶聚合物材料的力學性能，使其可以承載展開結構的載荷，并且保持展開狀態；其二應當提高形狀記憶聚合物材料的導電性能，使其電致加熱，能夠達到復合材料的展開溫度。

    由NASA資助的膜殼反射段（MSRS）空間可展開反射技術正在被開發，以滿足未來需要高無線電頻率的大天線的任務。其展開結構應用了形狀記憶聚合物復合材料，滿足了高精度，高穩定性的要求。美國智能微型可控衛星（DINO Sat）用形狀記憶聚合物復合材料制備鉸鏈驅動翅片的展開，從而控制衛星的方向。美國RoadRunner衛星的太陽能電池板的展開也是利用形狀記憶聚合物復合材料鉸鏈來實現的。目前能作為展開結構達到相關力學性能的基體主要有熱固性樹脂有環氧樹脂、氰酸酯樹脂、苯乙烯。

    一、環氧基形狀記憶聚合物復合材料

    環氧樹脂具有機械力學性能好，吸水率低，耐溫性高，固化收縮率和熱膨脹系數低等優點。因而在目前的實際應用中，環氧基的形狀記憶聚合物復合材料展開結構應用較多。目前美國Composite Technology Development（CTD）公司開發出的TEMBO?系列纖維增強的彈性記憶復合材料（SMC），已經投入實際的應用。CTD司利用TEMBO?系列形狀記憶環氧樹脂作為基體材料與傳統的纖維增強材料進行復合，設計出太陽能電池陣的展開結構。通過該結構做到能量的存儲與釋放，從而使得電池陣能夠完全展開。與傳統的硬質樹脂復合材料相比，對纖維或樹脂沒有明顯的損傷。并且TEMBO?形狀記憶復合材料相比于傳統的金屬材料而言，具有質輕的優勢，從而減小了發射裝置的總體質量。截至目前，TEMBO?形狀記憶復合材料已經裝配到各種各樣的展開結構中。

圖1 太陽能電池陣示意圖 （a）展開結構圖（b）收縮結構圖

圖2 TEMBO?反射器空間展開結構 （a）展開天線板（b）收縮天線板

    利用環氧樹脂制備形狀記憶聚合物復合材料展開結構的一般方法為環氧樹脂與增強體進行層狀堆疊進行固化成型。用Epofix?環氧樹脂為基體與碳纖維進行復合制作出碳纖維增強形狀記憶聚合物復合材料。利用真空輔助樹脂傳遞模塑工藝（VARTM），與形狀記憶聚合物進行復合，制備出來的試樣的回復率和固定率都比較高，借助于仿真技術，該結構材料可以滿足展開結構所需要的要求。

圖3 碳纖維增強形狀記憶聚合物復合材料的制作流程

    二、氰酸酯樹脂基形狀記憶聚合物復合材料

    氰酸酯樹脂（CE）具有良好的力學性能、良好的尺寸穩定性、高的耐熱性能以及成型工藝性。但是CE在固化后，結晶度高，交聯密度大、分子鏈剛性大等，導致其脆性相對比較大，韌性往往不能達到作為結構材料的使用要求，從而制約了氰酸酯樹脂的在航空展開結構中的應用。另外，由于展開結構在航空應用中，主要以電致加熱為主，因此CE較高的玻璃化轉變溫度也是制約其應用的一個方面。但是由于其具有優良的力學性能，所以對氰酸酯進行改性后應用于展開結構中也是具有很好的前景。氰酸酯改性的主要包括：與熱固性樹脂共混、與熱塑性樹脂共混、與橡膠彈性體共混、納米無機材料改性等方法。

    三、聚苯乙烯基形狀記憶聚合物復合材料

    聚苯乙烯是人們研究較早的合成高分子材料之一，是由苯乙烯單體經聚合反應得到的高分子材料。苯乙烯材料的強度高、剛性大，玻璃化轉變溫度相對較低，因而是作為結構材料的選擇之一。但同時也存在著脆性的問題，聚苯乙烯具有較高的脆性，其斷裂伸長率不到2%，因此改善聚苯乙烯的脆性也是一個重要的課題。用苯乙烯作為基體，與固化劑進行混合或利用碳纖維織物增強或納米碳粉填充等，制備出來的形狀記憶合金復合材料力學性能得到了改善，并獲得較好的電致形狀恢復性能。

圖4 可展開變形結構圖解

    SMPs 作為一種智能材料，在用于展開結構時具有展開過程平緩，振動小，強度高，導電性能優良等優點，非常適合在航空航天領域中進行應用，但是在實際應用中還存在一些問題：（1）電致效率的問題。在復合材料展開過程中，需要了解電壓與加熱溫度、展開程度以及展開力之間的關系，從而更好地對結構的展開進行控制；（2）太空環境無法進行模擬。在實際的太空環境中聚合物在各種射線環境下會發生變化，從而引起材料性能的改變。

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責任編輯：殷鵬飛

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