形状记忆聚合物作为一种智能材料，在航空航天领域显示出巨大的前景。根据形状记忆聚合物材料的机理、组成及结构将其与一定的增强相进行复合，可设计出具有低成本，展开过程平缓，振动小，高强度，优良的导电性能的智能材料。对于航空航天用形状记忆展开结构来说，其展开结构多为电致形状记忆聚合物复合材料，因此，聚合物的增强应当关注两个方面，其一为增强形状记忆聚合物材料的力学性能，使其可以承载展开结构的载荷，并且保持展开状态；其二应当提高形状记忆聚合物材料的导电性能，使其电致加热，能够达到复合材料的展开温度。

    由NASA资助的膜壳反射段（MSRS）空间可展开反射技术正在被开发，以满足未来需要高无线电频率的大天线的任务。其展开结构应用了形状记忆聚合物复合材料，满足了高精度，高稳定性的要求。美国智能微型可控卫星（DINO Sat）用形状记忆聚合物复合材料制备铰链驱动翅片的展开，从而控制卫星的方向。美国RoadRunner卫星的太阳能电池板的展开也是利用形状记忆聚合物复合材料铰链来实现的。目前能作为展开结构达到相关力学性能的基体主要有热固性树脂有环氧树脂、氰酸酯树脂、苯乙烯。

    一、环氧基形状记忆聚合物复合材料

    环氧树脂具有机械力学性能好，吸水率低，耐温性高，固化收缩率和热膨胀系数低等优点。因而在目前的实际应用中，环氧基的形状记忆聚合物复合材料展开结构应用较多。目前美国Composite Technology Development（CTD）公司开发出的TEMBO?系列纤维增强的弹性记忆复合材料（SMC），已经投入实际的应用。CTD司利用TEMBO?系列形状记忆环氧树脂作为基体材料与传统的纤维增强材料进行复合，设计出太阳能电池阵的展开结构。通过该结构做到能量的存储与释放，从而使得电池阵能够完全展开。与传统的硬质树脂复合材料相比，对纤维或树脂没有明显的损伤。并且TEMBO?形状记忆复合材料相比于传统的金属材料而言，具有质轻的优势，从而减小了发射装置的总体质量。截至目前，TEMBO?形状记忆复合材料已经装配到各种各样的展开结构中。

图1 太阳能电池阵示意图 （a）展开结构图（b）收缩结构图

图2 TEMBO?反射器空间展开结构 （a）展开天线板（b）收缩天线板

    利用环氧树脂制备形状记忆聚合物复合材料展开结构的一般方法为环氧树脂与增强体进行层状堆叠进行固化成型。用Epofix?环氧树脂为基体与碳纤维进行复合制作出碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料。利用真空辅助树脂传递模塑工艺（VARTM），与形状记忆聚合物进行复合，制备出来的试样的回复率和固定率都比较高，借助于仿真技术，该结构材料可以满足展开结构所需要的要求。

图3 碳纤维增强形状记忆聚合物复合材料的制作流程

    二、氰酸酯树脂基形状记忆聚合物复合材料

    氰酸酯树脂（CE）具有良好的力学性能、良好的尺寸稳定性、高的耐热性能以及成型工艺性。但是CE在固化后，结晶度高，交联密度大、分子链刚性大等，导致其脆性相对比较大，韧性往往不能达到作为结构材料的使用要求，从而制约了氰酸酯树脂的在航空展开结构中的应用。另外，由于展开结构在航空应用中，主要以电致加热为主，因此CE较高的玻璃化转变温度也是制约其应用的一个方面。但是由于其具有优良的力学性能，所以对氰酸酯进行改性后应用于展开结构中也是具有很好的前景。氰酸酯改性的主要包括：与热固性树脂共混、与热塑性树脂共混、与橡胶弹性体共混、纳米无机材料改性等方法。

    三、聚苯乙烯基形状记忆聚合物复合材料

    聚苯乙烯是人们研究较早的合成高分子材料之一，是由苯乙烯单体经聚合反应得到的高分子材料。苯乙烯材料的强度高、刚性大，玻璃化转变温度相对较低，因而是作为结构材料的选择之一。但同时也存在着脆性的问题，聚苯乙烯具有较高的脆性，其断裂伸长率不到2%，因此改善聚苯乙烯的脆性也是一个重要的课题。用苯乙烯作为基体，与固化剂进行混合或利用碳纤维织物增强或纳米碳粉填充等，制备出来的形状记忆合金复合材料力学性能得到了改善，并获得较好的电致形状恢复性能。

图4 可展开变形结构图解

    SMPs 作为一种智能材料，在用于展开结构时具有展开过程平缓，振动小，强度高，导电性能优良等优点，非常适合在航空航天领域中进行应用，但是在实际应用中还存在一些问题：（1）电致效率的问题。在复合材料展开过程中，需要了解电压与加热温度、展开程度以及展开力之间的关系，从而更好地对结构的展开进行控制；（2）太空环境无法进行模拟。在实际的太空环境中聚合物在各种射线环境下会发生变化，从而引起材料性能的改变。

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责任编辑：殷鹏飞

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