一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)，包括高彈性的高分子材料制作的中心骨架以及圍繞中心骨架四周連接的高彈性的高分子材料制作的外圍骨架，在中心骨架及相間隔的外圍骨架內(nèi)填充有可流動的并具有吸熱降溫效果的填充物，在未填充填充物的外圍骨架的側(cè)壁上開有一個或多個小孔，還包括封裝填充物的高分子材料封裝層，未填充填充物的外圍骨架上封裝或不封裝高分子材料封裝層；當(dāng)該多功能結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境溫度高于某一閥值溫度時，其填充物開始吸收熱量達(dá)到降溫的效果，當(dāng)填充物失去吸熱降溫效果后，將其放置在低于該閥值溫度以下的環(huán)境中，將自動恢復(fù)涼效；同時在振動過程中，該結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個彈性阻尼器，通過吸收振蕩時的能量，起到減震的效果。
【專利說明】一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多功能結(jié)構(gòu)，具體涉及一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在市場上銷售的冰砂墊主要采用現(xiàn)代高新生物技術(shù)及最新科學(xué)配方，利用最先進的“高科技生物冰快速激發(fā)成型新技術(shù)”依據(jù)物理相變原理研制而成，由于含有天然礦質(zhì)及多種原料，被醫(yī)學(xué)專家實驗證明，具有保健功能，成為近兩年來夏秋季節(jié)絕佳的綠色天然無污染消暑降溫產(chǎn)品之首選產(chǎn)品。在該革命性產(chǎn)品出現(xiàn)之前，還出現(xiàn)了水墊、冰泥墊和冰晶墊，至今仍可看到在市場流動。
[0003]然而不管是現(xiàn)在流行的冰砂墊還是之前出現(xiàn)的水墊、冰泥墊或者冰晶墊，其功能都比較單一。特別是對于一些保鮮柜、冷藏柜等，在運輸移動過程中必然伴隨有顛簸振動的情況，目前大多采用泡沫等減震材料來保護物品在運輸過程中不受損壞，但是這樣做導(dǎo)致的結(jié)果是泡沫等減震材料占據(jù)了很大的空間，大大地增加了運輸成本。因此，如果可以將吸熱降溫和減震效果合二為一，將帶來極大地經(jīng)濟效益。同時該技術(shù)也將適合用于安全防護領(lǐng)域，特別是在夏季的時候，將該技術(shù)應(yīng)用到汽車安全墊、嬰兒座椅甚至是頭枕等生活中去，一種既能吸熱降溫又能起到緩沖減震效果的多功能安全墊將給消費者帶來良好的舒適體驗和安全感。需要指出的，該技術(shù)在防彈衣等軍用領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景，利用該技術(shù)可以極大地提高防彈衣等的安全性能，同時也能給使用者帶來良好的體驗和舒適性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)，當(dāng)該結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境溫度高于某一閥值溫度時，其填充物開始吸收熱量達(dá)到降溫的效果。當(dāng)填充物失去吸熱降溫效果后，只需將其放置在低于該閥值溫度以下的環(huán)境中，將自動恢復(fù)涼效。同時在振動過程中，該結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個彈性阻尼器，通過吸收振蕩時的能量，可以起到減震的效果。該多功能結(jié)構(gòu)材料成本相對低廉，其質(zhì)量相對較輕，適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
[0005]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)，包括高彈性的高分子材料制作的中心骨架1以及圍繞中心骨架1四周連接的高彈性的高分子材料制作的外圍骨架1-1，在中心骨架1及相間隔的外圍骨架1-1內(nèi)填充有可流動的并具有吸熱降溫效果的填充物2，在未填充填充物2的外圍骨架1-1的側(cè)壁上開有一個或多個小孔4，還包括封裝填充物2的高分子材料封裝層3，所述未填充填充物2的外圍骨架1-1上封裝或不封裝高分子材料封裝層3。
[0007]所述中心骨架1和外圍骨架1-1的形狀為蜂窩狀六棱柱、三棱柱、長方體、橢圓體、半橢圓體或多種形狀組合。
[0008]所述高彈性的高分子材料為橡膠、塑料或高分子基復(fù)合材料。
[0009]所述高分子材料封裝層3的材料為橡膠、塑料或高分子基復(fù)合材料。
[0010]所述填充物2的材料為冰泥、冰晶或冰砂。
[0011]當(dāng)封裝后的多功能結(jié)構(gòu)放置在高于某一閥值溫度的環(huán)境中時，其填充物將吸收周圍的熱量達(dá)到降溫的效果。在使用一段時間以后，其填充物將慢慢失去吸熱降溫的效果，此時只需將該結(jié)構(gòu)置于陰涼處，即低于該閥值溫度的環(huán)境中，其填充物將逐漸恢復(fù)效果，方便重復(fù)使用。該多功能結(jié)構(gòu)也將充分發(fā)揮減震的效果，其相當(dāng)于一個彈性阻尼器，將通過吸收振動過程中產(chǎn)生的沖擊能量來起到保護目標(biāo)結(jié)構(gòu)的作用。在振動過程中該結(jié)構(gòu)將不斷把機械能轉(zhuǎn)化為填充物與中心骨架或外圍骨架之間的摩擦、填充物內(nèi)部的摩擦以及填充物與高分子材料骨架本身的變形能。而在未進行填充的外圍骨架骨架側(cè)壁上的小孔將使該結(jié)構(gòu)內(nèi)部的氣流進行有效的流通，使該結(jié)構(gòu)在振動過程中能進行充分的散熱。需要指出的是，即便在填充物失去吸熱降溫效果后，該多功能結(jié)構(gòu)也具備良好的減震效果，可以對目標(biāo)結(jié)構(gòu)進行有效的安全保護。
[0012]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0013](1)通過改變填充物的種類或者配方，可以有效控制閥值溫度，從而使該結(jié)構(gòu)可以滿足不同的制冷需求。
[0014](2)由于使用的填充物在低于閥值溫度的情況下，其吸熱降溫的效果會得到恢復(fù)，因此該多功能結(jié)構(gòu)可以重復(fù)使用。
[0015](3)通過改變中心骨架和外圍骨架的制作材料或者形狀，或者是改變填充物的材料或配方，可以有效控制該結(jié)構(gòu)的減震效果，使其應(yīng)用于不同的環(huán)境場合中。
[0016](4)由于中心骨架和外圍骨架是用具有高彈性的高分子材料制作而成，因此即便在大變形情況下，該結(jié)構(gòu)也很難發(fā)生破裂，并且其磨損破壞的過程也將非常緩慢，使用壽命長。
[0017](5)通過控制填充物的材料或者配方、中心骨架和外圍骨架的材料或者結(jié)構(gòu)形狀，可以有效控制填充物和骨架及外界之間的熱傳導(dǎo)效率，從而有效控制該多功能結(jié)構(gòu)吸熱降溫的時間。
[0018](6)對未進行填充的外圍骨架側(cè)壁上進行開孔處理，有助于該結(jié)構(gòu)內(nèi)部的氣流進行流通，從而使其能夠充分散熱，延長該結(jié)構(gòu)工作的有效時間。
[0019](7)由于填充物具有吸能降溫的效果和良好的流動性，以及高分子材料本身表現(xiàn)出的柔韌性，給人帶來了極大的舒適性。
[0020](8)在填充物失去吸能降溫的效果后，該結(jié)構(gòu)也具備良好的減震效果，對結(jié)構(gòu)的安全進行有效的保護。
[0021](9)該多功能結(jié)構(gòu)所使用的材料成本相對低廉，且質(zhì)量相對較輕，便于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明多功能結(jié)構(gòu)的二維示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明多功能結(jié)構(gòu)的三維示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明多功能結(jié)構(gòu)單次循環(huán)振動情況下的吸能示意圖。
[0025]圖4是本發(fā)明多功能結(jié)構(gòu)吸熱降溫的溫度一時間曲線。
[0026]圖5是本發(fā)明多功能結(jié)構(gòu)在動態(tài)情況下的應(yīng)力一應(yīng)變曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。
[0028]下面首先對本發(fā)明的原理和工作過程做如下說明:
[0029]當(dāng)該多功能結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境溫度16高于閥值溫度時，此時填充物將吸收熱量以達(dá)到降溫的效果。在使用一段時間以后，填充物將失效，此時只需要將該結(jié)構(gòu)置于陰涼處，即環(huán)境溫度16低于閥值溫度的時候，填充物將慢慢恢復(fù)吸熱降溫的效果，能夠進行重復(fù)使用。
[0030]該結(jié)構(gòu)在減震方面表現(xiàn)出的良好性能主要是通過其良好的吸能特性實現(xiàn)的。研究該結(jié)構(gòu)在單次循環(huán)振動下的減震吸能情況，其輸入的機械能需要克服填充物與骨架之間的摩擦力和填充物內(nèi)部發(fā)生的摩擦力以及蓄電材料骨架的變形能，可以表示為:
[0031]2 = ￡^+^2+23
[0032]其中2為該結(jié)構(gòu)吸收的總能量，4為填充物與骨架之間摩擦消耗的能量，為填充物內(nèi)部摩擦消耗的能量，23為填充物和高分子材料骨架吸收的變形能。
[0033]如圖3所示為該結(jié)構(gòu)單次循環(huán)振動情況下的吸能示意圖，從圖中可以看出，該結(jié)構(gòu)吸收的總能量明顯多于填充物內(nèi)部發(fā)生的摩擦耗散22和高分子材料骨架的變形能23之和，即:2?22—23。這部分多吸收的能量即認(rèn)為是填充物與骨架之間發(fā)生的摩擦耗散。因此該結(jié)構(gòu)通過吸收振動能，可以發(fā)揮良好的減震效果。
[0034]同時在未填充的外圍骨架側(cè)壁上設(shè)計有小孔，主要是考慮到在振動過程中，結(jié)構(gòu)將因為摩擦而產(chǎn)生大量的熱量。通過開孔處理使得該結(jié)構(gòu)在受到擠壓時，氣流能得到有效的流通，從而達(dá)到及時散熱的目的。
[0035]實施例一
[0036]如圖1和圖2所示，本實施例一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)，先利用聚氨酯制作中心骨架1和外圍骨架1-1，然后將冰砂作為填充物2填入到中心骨架1及相間隔的外圍骨架1-1內(nèi)，并在未進行填充的骨架側(cè)面上開有并排的三個小孔4，最后利用聚氯乙烯材料作為高分子材料封裝層3進行封裝。
[0037]本實施例中使用的冰砂是用天然礦物質(zhì)和多種原料合成，在高于閥值溫度301的情況下開始吸收熱量，當(dāng)環(huán)境溫度高于351時，冰砂會完全融化而失去涼效；而在閥值溫度301以下時，融化的冰砂會自動結(jié)晶，恢復(fù)吸熱降溫的效果。
[0038]如圖4所示為該多功能結(jié)構(gòu)分別在初始環(huán)境溫度381、361、331和301下進行吸熱降溫的時間一溫度曲線，利用溫度記錄儀每隔0.5小時對環(huán)境溫度進行一次讀數(shù)并記錄下來。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)初始環(huán)境溫度為381時，經(jīng)過一段時間的吸熱后，環(huán)境溫度仍然高于351，而此時冰砂已經(jīng)完全融化；當(dāng)初始環(huán)境溫度為361時，長時間吸熱后環(huán)境溫度在33.51左右，此時冰砂尚未完全融化，仍有晶體狀的冰砂存在；而當(dāng)初始環(huán)境溫度為331時，將很快吸熱使得環(huán)境溫度略高于301 ；在在初始環(huán)境溫度為301時，經(jīng)過一段時間的觀察后，環(huán)境溫度基本沒變化，即認(rèn)為填充物冰砂并未進行吸熱，此溫度即可以認(rèn)為是該填充物冰砂的閥值溫度。在實驗中，將冰砂完全融化后的結(jié)構(gòu)置于陰涼處，即低于301時，融化后的冰砂會慢慢結(jié)晶，完全結(jié)晶后置于高于301的環(huán)境中仍可重新使用。
[0039]該結(jié)構(gòu)在減震方面也體現(xiàn)出優(yōu)異的性能，如圖5所示為本發(fā)明多功能結(jié)構(gòu)在動態(tài)情況下的應(yīng)力一應(yīng)變曲線圖。利用113萬能試驗機對該多功能結(jié)構(gòu)的減震效果進行測試，先預(yù)壓到應(yīng)變0.4，然后在應(yīng)變0.4的情況下進行一定振幅范圍內(nèi)的動態(tài)測試，設(shè)定頻率為0.25取。根據(jù)圖5的應(yīng)力一應(yīng)變曲線圖，也可以看出該多功能結(jié)構(gòu)在每次振動循環(huán)中其滯回曲線基本能夠很好的重合，表明該結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定的減震特性。
[0040]實施例二
[0041]如圖1和圖2所示，本實施例一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)，先利用聚酯樹脂制作中心骨架1和外圍骨架1-1，然后將冰泥作為填充物2填入到中心骨架1及相間隔的外圍骨架1-1內(nèi)，并在未進行填充的骨架側(cè)面上開有并排的三個小孔4，最后利用聚氨酯材料作為高分子材料封裝層3進行封裝。
[0042]實施例三
[0043]如圖1和圖2所示，本實施例一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)，先利用丁苯橡膠制作中心骨架1和外圍骨架1-1，然后將冰晶作為填充物2填入到中心骨架1及相間隔的外圍骨架1-1內(nèi)，并在未進行填充的骨架側(cè)面上開有并排的三個小孔4，最后利用環(huán)氧樹脂材料作為高分子材料封裝層3進行封裝。
【權(quán)利要求】
1.一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括高彈性的高分子材料制作的中心骨架(I)以及圍繞中心骨架(I)四周連接的高彈性的高分子材料制作的外圍骨架(1-1)，在中心骨架⑴及相間隔的外圍骨架(1-1)內(nèi)填充有可流動的并具有吸熱降溫效果的填充物(2)，在未填充填充物(2)的外圍骨架(1-1)的側(cè)壁上開有一個或多個小孔(4)，還包括封裝填充物(2)的高分子材料封裝層(3)，所述未填充填充物(2)的外圍骨架(1-1)上封裝或不封裝高分子材料封裝層(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述中心骨架(I)和外圍骨架(1-1)的形狀為蜂窩狀六棱柱、三棱柱、長方體、橢圓體、半橢圓體或多種形狀組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述高彈性的高分子材料為橡膠、塑料或高分子基復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述高分子材料封裝層(3)的材料為橡膠、塑料或高分子基復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述填充物(2)的材料為冰泥、冰晶或冰砂。
【文檔編號】F16F7/01GK104455151SQ201410562901
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】劉益?zhèn)? 鄧曉彬, 陳曦, 周迦律, 閆淵 申請人:西安交通大學(xué)