具有同向曲率变形特性的夹层板材及其制造方法技术

本发明专利技术提供能够有效应用于可穿戴设备(wearable device)的夹层板材及其制造方法。本发明专利技术的夹层板材的情况下，具有在普通的芯材两面附着二维拉胀性材料作为面材的形态，从而能够进行轻薄制作，也能够赋予预定的强度和刚性，而且按三维拉胀性材料而相对于弯曲力矩赋予同向曲率变形行为，改善与被覆物的密合性，由此能够有效用作可穿戴设备的结构材。此外，将二维拉胀性材料线加工成面材形态后，对于普通的芯材能够利用单纯附着的方式以低费用简单地制造，并且赋予相当于三维拉胀性材料的行为，因此可以容易地克服以往利用三维拉胀性材料单纯构成薄的板状结构材时制造难度变大且结构材的强度过度降低而在应用于可穿戴设备时成为障碍的实际局限。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有同向曲率变形特性的夹层板材及其制造方法
本专利技术涉及夹层板材及其制造方法，特别是能够有效应用于可穿戴设备(wearabledevice)的夹层板材及其制造方法。
技术介绍
在不久的将来，预计移动设备将发展成为可穿戴设备(weabledevice)形态。可穿戴设备不仅需要轻便，作为结构材还应当具有强度且柔软，而且身体密合性乃至穿戴性也应当优异。特别是，如臀部、胸、手臂或腿的肌肉那样预计将附着可穿戴设备的部位由于大部分为凸起的形状，因此为了提高可穿戴设备对于身体的密合性，可穿戴设备的柔性变形需要按照相应身体部位的凸起的形态来进行。该情况下，与凸起的身体部位接触时发生的可穿戴设备的变形可以认为是由弯曲力矩引起的变形，由这样的弯曲力矩引起的变形特性以及基于其的身体密合性根据所使用的材料的不同而可以不同。具体而言，图1示出了在x-z平面上对于较大的板状结构材作用z方向弯曲力矩时发生的两种变形形态。如图1的(a)所示，具有正(+)值的泊松比的一般的固体结构材具有由弯曲力矩引起的弯曲在x-y平面和y-z平面上朝向彼此相反的方向发生的反背曲率(anticlasticcurvature)变形特性。在将这样的具有反背曲率的变形特性的板状结构材应用于可穿戴设备的情况下，对于凸起的身体部位的密合性不佳。另一方面，如图1的(b)所示，如后述的拉胀性材料那样具有负(-)值的泊松比的固体结构材具有由弯曲力矩引起的弯曲在x-y平面和y-z平面上朝向彼此相同的方向发生的同向曲率(synclasticcurvature)变形特性，在将这样的具有同向曲率变形特性的板状结构材应用于可穿戴设备的情况下，密合性优异(Y.LiuandH.Hu,ScientificResearchandEssays(科研随笔)Vol.5,pp.1052-1063,2010.A.AldersonandK.L.AldersonProc.IMechEPartG:J.AerospaceEngineering(机械工程师学会会报，G部分：航空航天工程杂志),Vol.221,pp.565-575,2007.)。一般而言，材料在拉伸时会在与拉伸方向垂直的方向上发生收缩，相反，在压缩时会在与压缩方向垂直的方向上发生伸长。即，朝向与负荷施加方向垂直的方向的变形(横变形)与朝向载荷施加方向的变形(纵变形)彼此相反，通常的材料的情况下，对横变形与纵变形之比赋予负(-)值而定义的泊松比(Poisson'sratio)具有正(+)值，由弯曲力矩引起的变形特性如上述图1的(a)所示。与此相对，具有特定结构的材料的情况下，会具有负(-)的泊松比，将这样的材料即称为拉胀性材料(Auxeticmaterial)。这样的拉胀性材料可以具有二维或三维结构，而且可以在分子结构之类的微观水平至数厘米单位的宏观水平的宽的范围内进行确认。图2和图3示出了以往已知的代表性拉胀性材料的二维和三维结构图(JuanCarlosA′lvarezElipeandAndre′sD′|azLantada,SmartMater.Struct.(智能材料结构),Vol.21,articleid.105004,2012.)。这里，所谓二维拉胀性材料或结构体是指结构为二维且变形仅在面内(in-plane)发生的结构体，三维拉胀性结构体是指结构和变形均在三维空间中定义。这样的二维或三维拉胀性材料根据其几何结构而具有固有的名称。此外，在开放型发泡材(foammaterial)的情况下，已知如果在彼此垂直的3个方向上进行压缩，则会变形成上述凹陷结构(re-rentrantstructure)而能够赋予拉胀性材料的特性(R.S.Lakes,Science(科学),Vol.235,pp.1038-1040,1987.)。但是，在只利用这样的拉胀性材料来构成板状结构材的情况下，为了具有如图1的(b)那样的同向曲率变形特性，需要使用图3之类的三维拉胀性材料，无法使用图2那样的二维拉胀性材料。其原因在于，具体而言，如图4所示，为了使具有预定厚度的板状结构材在作用z轴方向的弯曲力矩Mz时产生同向曲率变形特性，在中性面上部，在x轴方向上受到拉伸应力的部分在与其垂直的z方向上也需要产生拉伸变形，且在中性面下部，在x轴方向上受到压缩应力的部分在与其垂直的z方向也需要产生压缩变形，但是在二维拉胀性材料的情况下，在厚度方向上仅发生均匀的变形，以位于其厚度内部的弯曲力矩的中性面为基准，上下方向不会发生彼此不同的变形行为。但是，仅用三维拉胀性材料制作可穿戴设备用板状结构材的情况下，为了在以弯曲力矩的中性面为基准厚度相对薄的上下部分实现彼此相反方向的变形行为而产生同向曲率变形特性，需要将三维拉胀性材料的单元体(unitcell)形成得非常微小，因此制造难度变大且结构材的强度变得过低，在应用于可穿戴设备方面存在实际限制。另一方面，已知夹层板材一般是由厚的多孔性/低强度的芯材(core)和附着于其两面的薄的高密度/高强度的面材(facesheet)这两种材料形成的结构材，按照面材承担弯曲力矩、芯材承担相对低的剪切力的方式设计，相对于重量具有高强度和刚性。作为近年来将拉胀性材料应用于夹层板材的例子，报告了针对将拉胀性材料构成为芯材且将普通(conventional)的材料构成为面材的夹层板材的研究，但这种结构的夹层板材是用于制造抗冲击性强或具有曲面形状的板材，与改善由弯曲力矩引起的变形特性问题无关。
技术实现思路
技术课题本专利技术提供由于轻薄且具有所需的强度和刚性、同时在柔性变形时具有同向曲率变形特性而尤其能够有效用作可穿戴设备的结构材的夹层板材及其制造方法。解决课题的方法本专利技术人在研究利用两种材料层叠附着而成的夹层板材来作为与上述解决课题相关的可穿戴设备用结构材的方案的过程中，确认到在以二维拉胀性材料作为面材而附着于普通(conventional)的芯材两面的形态构成夹层板材的情况下，能够进行轻薄制作，而且具有可穿戴设备所要求的预定的强度和刚性，尤其附着于芯材两面的二维拉胀性材料分别在弯曲力矩中性面的上下进行彼此相反方向的拉胀性行为而使板材整体具有同向曲率变形特性，从而也能够实现优异的穿戴性，另一方面，了解到能够克服单纯由利用三维拉胀性材料的薄的板状结构材构成时制造难度变大且结构材的强度变得过低而应用于可穿戴设备时成为障碍的实际限制，从而完成了本专利技术。基于针对上述解决课题的认知和了解，本专利技术的主旨如下。(1)一种夹层板材，其特征在于，包含芯材、以及附着于上述芯材的两面的面材，上述面材为二维拉胀性材料。(2)如上述(1)所述的夹层板材，其特征在于，基于弯曲力矩的中性面形成于上述芯材。(3)如上述(1)所述的夹层板材，其特征在于，上述芯材为多孔性材质。(4)如上述(1)所述的夹层板材，其特征在于，上述芯材为聚合物、陶瓷或金属中的任一种。(5)如上述(1)所述的夹层板材，其特征在于，上述面材为金属、聚合物、陶瓷或复合材料。(6)如上述(1)所述的夹层板材，其特征在于，上述面材的密度、强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种夹层板材，其特征在于，/n包含芯材、以及附着于所述芯材的两面的面材，所述面材为二维拉胀性材料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180816 KR 10-2018-00954081.一种夹层板材，其特征在于，
包含芯材、以及附着于所述芯材的两面的面材，所述面材为二维拉胀性材料。


2.根据权利要求1所述的夹层板材，其特征在于，
基于弯曲力矩的中性面形成于所述芯材。


3.根据权利要求1所述的夹层板材，其特征在于，
所述芯材为多孔性材质。


4.根据权利要求1所述的夹层板材，其特征在于，
所述芯材为聚合物、陶瓷或金属中的任一种。


5.根据权利要求1所述的夹层板材，其特征在于，
所述面材为金属、聚合物、陶瓷或复合材料。

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【专利技术属性】
技术研发人员：姜基洲，朴银星，金嘉恩，
申请(专利权)人：全南大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR