一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結構的制作方法
【專利摘要】一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結構，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；當該多功能結構所處的環境溫度高于某一閥值溫度時，其填充物開始吸收熱量達到降溫的效果，當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境中，將自動恢復涼效；同時在振動過程中，該結構相當于一個彈性阻尼器，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構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多功能結構，具體涉及一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結構。
【背景技術】
[0002]目前在市場上銷售的冰砂墊主要采用現代高新生物技術及最新科學配方，利用最先進的“高科技生物冰快速激發成型新技術”依據物理相變原理研制而成，由于含有天然礦質及多種原料，被醫學專家實驗證明，具有保健功能，成為近兩年來夏秋季節絕佳的綠色天然無污染消暑降溫產品之首選產品。在該革命性產品出現之前，還出現了水墊、冰泥墊和冰晶墊，至今仍可看到在市場流動。
[0003]然而不管是現在流行的冰砂墊還是之前出現的水墊、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，但是這樣做導致的結果是泡沫等減震材料占據了很大的空間，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，將帶來極大地經濟效益。同時該技術也將適合用于安全防護領域，特別是在夏季的時候，將該技術應用到汽車安全墊、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，該技術在防彈衣等軍用領域也具有廣闊的應用前景，利用該技術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。
【發明內容】
[0004]為了解決上述現有技術存在的問題，本發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構，當該結構所處的環境溫度高于某一閥值溫度時，其填充物開始吸收熱量達到降溫的效果。當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境中，將自動恢復涼效。同時在振動過程中，該結構相當于一個彈性阻尼器，通過吸收振蕩時的能量，可以起到減震的效果。該多功能結構材料成本相對低廉，其質量相對較輕，適合大規模生產和應用。
[0005]為了達到以上目的，本發明采用如下技術方案:
[0006]一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結構，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、塑料或高分子基復合材料。
[0010]所述填充物2的材料為冰泥、冰晶或冰砂。
[0011]當封裝后的多功能結構放置在高于某一閥值溫度的環境中時，其填充物將吸收周圍的熱量達到降溫的效果。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，此時只需將該結構置于陰涼處，即低于該閥值溫度的環境中，其填充物將逐漸恢復效果，方便重復使用。該多功能結構也將充分發揮減震的效果，其相當于一個彈性阻尼器，將通過吸收振動過程中產生的沖擊能量來起到保護目標結構的作用。在振動過程中該結構將不斷把機械能轉化為填充物與中心骨架或外圍骨架之間的摩擦、填充物內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壁上的小孔將使該結構內部的氣流進行有效的流通，使該結構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，該多功能結構也具備良好的減震效果，可以對目標結構進行有效的安全保護。
[0012]和現有技術相比，本發明具有以下優點:
[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，從而使該結構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，因此該多功能結構可以重復使用。
[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，可以有效控制該結構的減震效果，使其應用于不同的環境場合中。
[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，該結構也很難發生破裂，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構形狀，可以有效控制填充物和骨架及外界之間的熱傳導效率，從而有效控制該多功能結構吸熱降溫的時間。
[0018](6)對未進行填充的外圍骨架側壁上進行開孔處理，有助于該結構內部的氣流進行流通，從而使其能夠充分散熱，延長該結構工作的有效時間。
[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，該結構也具備良好的減震效果，對結構的安全進行有效的保護。
[0021](9)該多功能結構所使用的材料成本相對低廉，且質量相對較輕，便于大規模生產和應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明多功能結構的二維示意圖。
[0023]圖2是本發明多功能結構的三維示意圖。
[0024]圖3是本發明多功能結構單次循環振動情況下的吸能示意圖。
[0025]圖4是本發明多功能結構吸熱降溫的溫度一時間曲線。
[0026]圖5是本發明多功能結構在動態情況下的應力一應變曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和【具體實施方式】，對本發明做進一步詳細說明。
[0028]下面首先對本發明的原理和工作過程做如下說明:
[0029]當該多功能結構所處的環境溫度16高于閥值溫度時，此時填充物將吸收熱量以達到降溫的效果。在使用一段時間以后，填充物將失效，此時只需要將該結構置于陰涼處，即環境溫度16低于閥值溫度的時候，填充物將慢慢恢復吸熱降溫的效果，能夠進行重復使用。
[0030]該結構在減震方面表現出的良好性能主要是通過其良好的吸能特性實現的。研究該結構在單次循環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部發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為該結構吸收的總能量，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所示為該結構單次循環振動情況下的吸能示意圖，從圖中可以看出，該結構吸收的總能量明顯多于填充物內部發生的摩擦耗散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為是填充物與骨架之間發生的摩擦耗散。因此該結構通過吸收振動能，可以發揮良好的減震效果。
[0034]同時在未填充的外圍骨架側壁上設計有小孔，主要是考慮到在振動過程中，結構將因為摩擦而產生大量的熱量。通過開孔處理使得該結構在受到擠壓時，氣流能得到有效的流通，從而達到及時散熱的目的。
[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構，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，并在未進行填充的骨架側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，當環境溫度高于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晶，恢復吸熱降溫的效果。
[0038]如圖4所示為該多功能結構分別在初始環境溫度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小時對環境溫度進行一次讀數并記錄下來。在實驗過程中發現，當初始環境溫度為381時，經過一段時間的吸熱后，環境溫度仍然高于351，而此時冰砂已經完全融化；當初始環境溫度為361時，長時間吸熱后環境溫度在33.51左右，此時冰砂尚未完全融化，仍有晶體狀的冰砂存在；而當初始環境溫度為331時，將很快吸熱使得環境溫度略高于301 ；在在初始環境溫度為301時，經過一段時間的觀察后，環境溫度基本沒變化，即認為填充物冰砂并未進行吸熱，此溫度即可以認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構置于陰涼處，即低于301時，融化后的冰砂會慢慢結晶，完全結晶后置于高于301的環境中仍可重新使用。
[0039]該結構在減震方面也體現出優異的性能，如圖5所示為本發明多功能結構在動態情況下的應力一應變曲線圖。利用113萬能試驗機對該多功能結構的減震效果進行測試，先預壓到應變0.4，然后在應變0.4的情況下進行一定振幅范圍內的動態測試，設定頻率為0.25取。根據圖5的應力一應變曲線圖，也可以看出該多功能結構在每次振動循環中其滯回曲線基本能夠很好的重合，表明該結構具有穩定的減震特性。
[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構，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，并在未進行填充的骨架側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構，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，并在未進行填充的骨架側面上開有并排的三個小孔4，最后利用環氧樹脂材料作為高分子材料封裝層3進行封裝。
【權利要求】
1.一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結構，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.根據權利要求1所述的一種可具有吸熱降溫和減震效果的多功能結構，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.根據權利要求1所述的一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結構，其特征在于:所述高彈性的高分子材料為橡膠、塑料或高分子基復合材料。
4.根據權利要求1所述的一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結構，其特征在于:所述高分子材料封裝層(3)的材料為橡膠、塑料或高分子基復合材料。
5.根據權利要求1所述的一種具有吸熱降溫和減震效果的多功能結構，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 優先權日:2014年10月21日
【發明者】劉益倫, 鄧曉彬, 陳曦, 周迦律, 閆淵 申請人:西安交通大學