具有通过负压控制的刚度可变的元件制造技术

一种具有通过负压控制的刚度可变的元件(1)，该元件包括：气密包封体(10)；在包封体中的多个柔性层(30、30a、30b、30c、30d、30e)，每个层(30、30a、30b、30c、30d、30e)具有第一表面(31、41)和第二表面(32、42)；以及适于抽真空包封体(10)内部的阀(20)，其特征在于：两个相邻层的第一和第二表面(31、41、32、42)彼此之间具有大于0.5的摩擦系数；两个相邻层的第一和第二表面(31、41、32、42)具有粘附特性，使得需要低于0.07N/mm2的每单位面积的法向力以使第一表面分离于第二表面，和/或使得用于使第一表面分离于第二表面所需要的沿法向的每单元面积的能量低于6.7J/m2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有通过负压控制的刚度可变的元件
本专利技术涉及具有通过负压如抽吸或真空控制的刚度可变的元件。本专利技术可适用于 以下几方面： 某些医疗装置（如铸件、功能性矫形器、鞋垫以及应急医疗装置如用于急救中四 肢和全身的夹板）， -体育用品（如冰鞋、滑雪靴、冲浪板以及在运动中的保护装置如头盔或护膝及护 胸）， -在发生碰撞或事故时能刚性化的安全元件， -构造元件，例如可用来制造可重构的露营家具或玩具， -用于生产复合材料的模具元件， -封装元件，或 _在发生碰撞或事故时能刚性化的安全元件，例如在汽车领域。
技术介绍
已知可使用负压如抽吸或真空来提供一种方法以将元件从柔性状态转变为刚性 状态，并且反之亦然，在柔性状态中，元件容易成形并且可以适用于符合特定要求的形状 (如人体的一部分），在刚性状态中，元件是刚性的并且提供支撑、保护和/或稳定性。使用 负压的装置的基本结构通常包括通常是可移动颗粒的内部填料和柔性不透气的薄的外包 封体。该结构通常使装置能够容易和方便地安装在身体和受到影响的四肢周围。当该装置 在期望位置处变成期望形状时，该装置受到负压，然后大气压压缩柔性的外包封体并且将 相当大的压力施加到全部质量的颗粒上。颗粒与包封体之间的摩擦力抵抗相对于彼此的运 动，从而提供刚性。通常包括阀以将包封体在被抽真空时进行密封以维持装置的刚性。从 刚性状态到软状态通常通过打开阀并且吹气来获得。 已经公布了关于使用负压的矫形装置的若干个专利。专利文献US2005/0137513 公开了一种用于维持装置均匀厚度以支撑和稳定受伤的人或身体部件的结构。该装置具有 由两个柔性膜包封的内部区域并且该内部区域被分成两个插入体，两个插入体分别用两个 透气的柔性材料条形成。通过使形成在材料条之间的接缝交叉的方法，每个插入体被分成 包含松散颗粒的腔室。使两个插入体上的接缝在两个方向上相对于彼此进行交错，以这样 的方式使颗粒结合以形成基本均匀的厚颗粒层。然而，这样的一种由细粒或颗粒制成的结 构存在太厚的问题（其导致实践上的限制如运输尺寸）以及体积大的问题（其导致如需要 长的抽真空时间以达到期望负压水平的问题）。 为了解决不期望厚度和体积的问题，在专利文献W02011/07985中公开的具有可 控的适合度的身体安装元件由封住多个层的气密包封体制成并且具有适于抽真空包封体 的内部的阀。每个层由具有高杨氏模量和高柔韧性的材料制成的芯来制成，用由具有高摩 擦系数的材料制成的覆盖层涂覆在芯的两侧。然而，这样的身体安装元件存在下列问题： -一旦施加真空并且身体安装元件处在刚性状态之后，当打开阀以进入柔性状态 时，事实是由于层的粘性，层可能保持一层与另一层粘住，因而并未适当地恢复柔性状态。 -在刚性状态下，当处于弯曲应力下时，层可能剥离（涂层与芯分离）。 -在W02011/07985中公开的身体安装元件包括由具有低摩擦系数的材料制成的 一些条，以便在大气压下适当地恢复柔性状态。然而，这些条减小了有效的摩擦表面，因此 减小了元件在刚性状态下的刚度并且从而影响了其正常的运行。 总而言之，需要具有可控刚度的元件，所述元件能以有效的方式解决上述方案中 的粘性问题和剥离问题二者。
技术实现思路
本专利技术涉及一种根据权利要求1所述的具有通过负压控制的刚度可变的元件。该 元件优选的实施方案在从属权利要求中进行限定。 本专利技术的目的为提供一种具有可通过负压控制的刚度可变的元件，该元件克服了 现有的具有可控刚度的元件的粘性和剥离问题。为了做到这一点，本专利技术的具有可通过负 压控制的刚度可变的元件在柔性状态和刚性状态之间是完全可逆的，同时与现有的解决方 案的刚度比相比保持或者甚至改善了刚性状态和柔性状态之间的刚度比。 本专利技术的具有通过负压控制的刚度可变的元件包括： _气密包封体； _在包封体中的多个柔性层，每个层具有第一表面和第二表面；以及 -适于抽真空包封体内部的阀。 根据本专利技术的第一方面，两个相邻层的第一表面和第二表面： -彼此之间具有大于0. 5的摩擦系数；以及 -具有粘附特性，使得需要不大于0. 07N/mm2的每单位面积的法向力以使第一表面 与第二表面分离，和/或使得用于使第一表面与第二表面沿法向分离所需要的每单元面积 的能量低于6. 7J/m2。 因此，本专利技术的元件具有包括若干层的层状结构并且有以下特性： -由于所使用的材料的选择以及层的整个表面支持摩擦的事实导致的层之间的高 摩擦系数；以及 _层之间的低粘附力，特别是当不存在法向力时。 这种方式下，第一表面与第二表面在大气压下可以相对彼此滑动。 本专利技术的另一个优势为可将层制造成比现有技术元件的层（其包括经涂覆的芯 层）更薄，由于层可以由具有高摩擦系数和低粘附特性的必要特性的单一材料或复合物制 成这一事实，所以消除了对涂层和芯二者以及在涂层与芯之间的对应的粘附层的需要。 通过本专利技术的该特定元件构造，该元件的柔性状态与刚性状态间的刚度比得到改 进： -首先，因为在大气压下层并未彼此粘住，所以这使元件更柔软并且更容易在其更 软的状态下成形；以及 -其次，因为不需要低摩擦的条或者进行缝制，所以增加了摩擦表面，这使元件在 刚性状态下更硬。 根据元件的应用，层可以由单一材料制成或者层可以由嵌入基体内的多个纤维制 成。在两种情况下，层可以由连续的或均匀的片制成，或者层可以由带或带状物的织造结构 制成。 在层是由用纤维增强的基体制成的情况下，纤维可以是单向的、双向的或多向的。 仅具有单向的纤维的复合物适合于用带织造的结构。 纤维优选地选自玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维或者聚酯纤维。而基体优选地 由热稳定性聚合物或热塑性聚合物制成。 根据另一优选实施方案，层可以包括芯层，在芯的一侧上由至少一种涂层涂覆该 芯层。优选地，芯分别由第一涂层和第二涂层涂覆，在芯的每一侧上涂覆一个涂层。 这样的涂层优选地由热塑性聚氨酯弹性体制成。 优选地使用标准化方法的适配版本如ASTM D2979_01，使用倒置探针仪用于粘合 剂的压敏粘性的标准试验方法对层的粘附特性进行测量。优选地，利用探针粘性试验在相 当于大气压的预载荷和IOOs的等待预载荷时间的条件下对粘附特性进行测量。 优选地使用标准化步骤如ASTM D1894用于塑料膜和片的静态和动态摩擦系数的 标准试验方法对摩擦系数进行测量。 在层由织造的带制成的情况下，可以利用适合的探针粘性试验对彼此相邻放置的 特定数量的带在平坦表面上对粘附特性进行测量，使得得到宽度大于由标准设定的最小 值。 按照所述层在使用中的情况，对层进行层的粘附特性测量，即，尽管标准指出在执 行任何测量前应该对层进行清洁，但对于测量本专利技术中的元件的层的粘附特性，不需要对 层进行预先清洁；应该在与层在元件内部使用时相同的条件下对层的粘附特性进行测量。 通过下面的具体描述，本专利技术另外的优势和特征将变得明显并且将在所附权利要 求中特别地指出。 【附图说明】 为了完成描述并且提供对本专利技术更好的理解，提供了一组附图。该附图构成了描 述的组成部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有通过负压控制的刚度可变的元件(1)，所述元件包括：气密包封体(10)；在所述包封体中的多个柔性层(30、30a、30b、30c、30d、30e)，每个层(30、30a、30b、30c、30d、30e)具有第一表面(31、41)和第二表面(32、42)；以及适于抽真空所述包封体(10)内部的阀(20)，其特征在于：两个相邻层的所述第一和第二表面(31、41、32、42)彼此之间具有大于0.5的摩擦系数；两个相邻层的所述第一和第二表面(31、41、32、42)具有粘附特性，使得需要低于0.07N/mm2的每单位面积的法向力以使所述第一表面分离于所述第二表面，和/或使得用于使所述第一表面分离于所述第二表面所需的沿法向的每单位面积的能量低于6.7J/m2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1. 一种具有通过负压控制的刚度可变的元件（1)，所述元件包括： 气密包封体（10); 在所述包封体中的多个柔性层（30、30&、3015、30(3、30(1、306)，每个层（30、30 &、3013、 30c、30d、30e)具有第一表面（31、41)和第二表面（32、42);以及 适于抽真空所述包封体（10)内部的阀（20)， 其特征在于： 两个相邻层的所述第一和第二表面（31、41、32、42)彼此之间具有大于0.5的摩擦系 数； 两个相邻层的所述第一和第二表面（31、41、32、42)具有粘附特性，使得需要低于 0.07N/mm2的每单位面积的法向力以使所述第一表面分离于所述第二表面，和/或使得用于 使所述第一表面分离于所述第二表面所需的沿法向的每单位面积的能量低于6. 7J/m2。2. 根据权利要求1所述的元件（1)，其中所述层（30、30f)由单一材料制成。3. 根据权利要求1所述的元件（1)，其中所述层（30c、30d、30e、30f)由嵌入在基体 (302)中的多个纤维（301)制成。4. 根据权利要求3所述的元件（1)，其中所述纤维（301)是单向的。5. 根据权利要求3所述的元件（1)，其中所述纤维（301)是双向的或多向的。6. 根据权利要求3至5中任一项所述的元件（1)，其中所述纤维（301)选自玻璃纤维、 碳纤维、芳族聚酰胺纤维或聚酯纤维。7. 根据权利要求3至6中任一项所述的元件（1)，其中所述基体...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克西姆·比罗，蒂里·谢勒，扬·F·维尼曼，卡罗利娜·韦拉马丁，
申请(专利权)人：泰克斯提亚创新方案有限公司，
类型：发明
国别省市：西班牙;ES