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형상 기억 고분자 (Shape Memory Polymers)는 형상 기억 효과 특징을 가지고 있는 스마트 재료이다. 하지만 탄성계수와 강도와 같은 기계적 성질이 낮은 것이 단점으로 지적되어 왔다. 형상 기억 고분자의 이러한 단점은 탄소 섬유 강화 직물 복합재료와 같이 사용하면 크게 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 형상 기억 고분자 복합재료 힌지(...

형상 기억 고분자 (Shape Memory Polymers)는 형상 기억 효과 특징을 가지고 있는 스마트 재료이다. 하지만 탄성계수와 강도와 같은 기계적 성질이 낮은 것이 단점으로 지적되어 왔다. 형상 기억 고분자의 이러한 단점은 탄소 섬유 강화 직물 복합재료와 같이 사용하면 크게 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 형상 기억 고분자 복합재료 힌지(SMPC 힌지)를 개발하여 굽힘 동작 실험을 수행하였다. SMPC 시편은 4장의 탄소 섬유 패브릭(WSN 1K or 1.5K) 과 형상 기억 고분자 (MP5510 polyurethane-series) 로 제작하였다. 전이 온도 (Tg = 70.9oC) 는 동적 기계 분석 (DMA 800)을 사용하여 측정하였다. SMPC 힌지의 작동 실험을 가열 챔버 내에서 수행한 후에 이 결과를 기반으로 가열선을 설계하여 SMPC 힌지에 부착하였다. 이것은 단순한 전개 실험뿐 아니라 우주 구조물에 사용 가능하도록 응용할 수 있도록 하기 위함이다. 제작된 SMPC 힌지는 좋은 형상 회복성을 가지고 있으며 그 형상 회복율은 유리 전이 전도 Tg 에서 90% 이상을 가지고 있다. 또한, 3차원 광학 스캐너를 사용한 새로운 3 차원 형상 회복율 (3DSRR) 정의를 도입하여 SMPC 힌지의 형상 회복 성능을 체계적으로 정의하였다. 또한 SMPC 힌지의 손상을 연구하기 위하여 USB 디지털 현미경과 주사형 전자 현미경 (JEOL JSM-7600F)을 사용하여 관찰하였으며 ABAQUS 프로그램을 사용하여 상세 해석 하였다. 또한 SMPC 힌지의 최대 구동력과 최대구동 모멘트를 측정하였다. 구동력과 최대구동 모멘트는 각각 7.21N와 0.47 Nm 으로 측정되었다. 결과로부터 SMPC힌지는 우주선의 안테나 전개를 위한 좋은 작동기 후보로 될 수 있다는 것을 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

Shape memory polymers (SMPs) are smart materials that were characterized by the recoverability memory effect, and its mechanical property such as: low strength and low heat conductivity. However, the characteristic of these SMPs can be significantly improved by using carbon fiber-reinforced fabric m...

Shape memory polymers (SMPs) are smart materials that were characterized by the recoverability memory effect, and its mechanical property such as: low strength and low heat conductivity. However, the characteristic of these SMPs can be significantly improved by using carbon fiber-reinforced fabric material. In this study, a carbon fiber fabric reinforced shape memory polymer composite (SMPC) hinge was fabricated for experiment purpose and studied the behavior of SMPC on the process of thermal-responsive. The SMPC specimens with four plies using carbon fiber fabric (WSN 1K or 1.5K) and shape memory polymer (MP5510-polyurethane-series) were prepared for the experiment. The glass transition temperature (Tg), which equal to 70.9oC, was determined by using a dynamic mechanical analysis (DMA 800). A SMPC hinge, which can be explored by using heating elements, was fabricated successfully in order to lift applications on an antenna to a new height-the controllable exploring level. The developed SMPC hinge has good shape recoverability, and their shape recovery ratio was above 90% at/above glass transition temperature (Tg). Consequently, a new 3-dimentional shape recovery ratio (3DSRR) definition was developed in order to define the full exploring time of SMPC hinge. Furthermore, the damages of the hinge are observed by using a USB digital microscope, a scanning electron microscopy (JEOL-JSM-7600F) and explained in detail by using ABAQUS software. Eventually, the blocking force and blocking moment of the SMPC hinge are measured successfully. The blocking force and blocking moment were determined at 7.21 N and 0.47 Nm, respectively. The results show that the SMPC hinge can be a good candidate for deploying an antenna of the spacecraft in the space.

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