一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统，包括聚合物双向开关、碳膏层、接线柱、连接线、底座，聚合物双向开关由具有形状记忆的聚合物制成，碳膏层均匀涂抹在聚合物双向开关的两侧；接线柱有两个，两个接线柱分别位于聚合物双向开关的两侧；聚合物双向开关在不同温度下分别向两侧弯曲，实现两个碳膏层和两个接线柱分别接触导电，连接线将所述双向温控开关系统与外围电路连接。本发明专利技术的双向温控开关系统电子元件少，结构简单、轻质，实现了温控开关的双向变形，充分利用材料的力学性能，相对于传统的温度开关而言该温度开关具有较强的抗电磁环境，在恶劣的电磁环境中依旧可以实现自身功能，拓宽了温控开关的使用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统和方法
本专利技术涉及温控开关领域，具体涉及一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统和方法。
技术介绍
形状记忆聚合物是一类新型智能材料，其在不同外界环境激励下(热、光、磁等)，具有保持临时变形的能力，当再次受到相同的外界激励时，又可回复到初始形状，从而表现出对初始形状的记忆功能，形状记忆聚合物处在橡胶态时的弹性模量远低于玻璃态。温控开关是一种用双金属片作为感温元件的温度开关，电器正常工作时，双金属片处于自由状态，触点处于闭合/断开状态，当温度升高至动作温度值时，双金属元件受热产生内应力而迅速动作，打开/闭合触点，切断/接通电路，从而起到热保护作用，当温度降低至动作温度以下时触点自动闭合/断开，恢复正常工作状态。温控开关广泛用于家用电器电机及电器设备，如洗衣机电机、空调风扇电机、变压器、镇流器、电热器具等，然而传统的温控开关具有设计繁琐、结构复杂等缺点，并在电磁环境中无法正常使用，限制了温控开关的使用范围。鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。
技术实现思路
为解决上述技术缺陷，本专利技术采用的技术方案在于，提供一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统，包括聚合物双向开关、碳膏层、接线柱、连接线、底座，所述聚合物双向开关由具有形状记忆的聚合物制成，所述碳膏层包括第一碳膏层和第二碳膏层，所述第一碳膏层和所述第二碳膏层均匀涂抹在所述聚合物双向开关的两侧，两个所述碳膏层互不连接；所述接线柱包括第一接线柱和第二接线柱，两个所述接线柱分别位于所述聚合物双向开关的两侧，所述第一接线柱位于所述第一碳膏层一侧，所述第二接线柱位于所述第二碳膏层一侧；所述聚合物双向开关在不同温度下分别向两侧弯曲，实现所述第一碳膏层与所述第一接线柱的接触导电和所述第二碳膏层与所述第二接线柱的接触导电；所述连接线将所述双向温控开关系统与两个外围电路连接，所述接线柱和所述聚合物双向开关均安装在所述底座上。较佳的，所述聚合物双向开关包括苯乙烯聚合物基体、苯乙烯聚合物纤维、环氧树脂纤维，所述苯乙烯聚合物基体为竖直中空的长方体，所述苯乙烯聚合物纤维与所述环氧树脂纤维均为细长纤维，所述苯乙烯聚合物纤维沿所述第一接线柱轴线方向插入所述苯乙烯聚合物基体位于所述第一接线柱一侧的内部，所述环氧树脂纤维沿所述第二接线柱轴线方向插入所述苯乙烯聚合物基体位于所述第二接线柱一侧的内部。较佳的，所述苯乙烯聚合物基体的玻璃化温度为50℃。较佳的，所述苯乙烯聚合物纤维的玻璃化温度为100℃，所述苯乙烯聚合物纤维具有45％的预应变。较佳的，所述环氧树脂纤维的玻璃化温度为150℃，所述环氧树脂纤维具有90％的预应变。较佳的，所述苯乙烯聚合物纤维和所述环氧树脂纤维的体积分数均为13％～14％，所述苯乙烯聚合物纤维和所述环氧树脂纤维应变前的长度相同。较佳的，所述连接线包括第一连接线、第二连接线、第三连接线、第四连接线，所述第一连接线连接所述第一接线柱，所述第二连接线连接所述第一碳膏层，所述第三连接线连接所述第二碳膏层，所述第四连接线连接所述第二接线柱。较佳的，所述外围电路包括第一工作件、第二工作件、第一电源、第二电源，所述第一连接线与所述第一工作件连接，所述第二连接线与所述第一电源连接，所述第一工作件与所述第一电源连接；所述第三连接线与所述第二电源连接，所述第四连接线与所述第二工作件连接，所述第二工作件和所述第二电源连接。较佳的，所述聚合物双向开关的制备方法为：S1、分别制作具有形状记忆效应的所述苯乙烯聚合物纤维和所述环氧树脂纤维并固化，待纤维固化脱模后，将所述苯乙烯聚合物纤维在环境温度为120℃的温度箱中张拉45％，将所述环氧树脂纤维在环境温度为170℃的温度箱中张拉90％，并保证张拉后所述苯乙烯聚合物纤维和所述环氧树脂纤维的长度相同；S2、保持所述苯乙烯聚合物纤维和所述环氧树脂纤维的张拉应变，将温度箱温度降至室温后，取出所述苯乙烯聚合物纤维和所述环氧树脂纤维，此时所述苯乙烯聚合物纤维和所述环氧树脂纤维可以保持预定的45％和90％的张拉应变；S3、将张拉后的所述苯乙烯聚合物纤维和所述环氧树脂纤维分别按照预定位置放入所述苯乙烯聚合物基体的模具中，倒入熔融状态的基体树脂并固化脱模，实现张拉后的所述苯乙烯聚合物纤维和所述环氧树脂纤维与所述苯乙烯聚合物基体的粘结；S4、将脱膜后的所述苯乙烯聚合物基体的两侧面分别均匀涂上所述第一碳膏层和所述第二碳膏层。较佳的，所述双向温控开关系统的工作方法为：S1、当环境温度小于50℃时，温控开关处于初始状态；S2、当环境温度升高至50～100℃时，所述苯乙烯聚合物基体由玻璃态转化为橡胶态，所述苯乙烯聚合物纤维与所述环氧树脂纤维不发生变化，在该温度范围内，所述苯乙烯聚合物基体的弹性模量降低，所述苯乙烯聚合物纤维与所述环氧树脂纤维的刚度下降但仍处在玻璃态，温控开关保持初始状态，所述外围电路断开连接；S3、当环境温度升高至100～150℃时，所述苯乙烯聚合物纤维由玻璃态转化为橡胶态，在该环境温度下，所述苯乙烯聚合物纤维回复到未张拉前的状态，所述苯乙烯聚合物纤维发生收缩，所述聚合物双向开关向第一接线柱弯曲，所述第一碳膏层与所述第一接线柱接触，接通所述第一连接线与所述第二连接线，从而接通所述第一工作件和所述第一电源，所述第一工作件开始工作，实现本专利技术在100～150℃下通过温度控制电路闭合的功能；S4、当环境温度升高至大于150时，所述环氧树脂纤维由玻璃态转化为橡胶态，在该环境温度下，所述环氧树脂纤维回复到未张拉状态，所述环氧树脂纤维发生收缩，所述环氧树脂纤维的收缩量大于所述苯乙烯聚合物纤维的收缩量，所述聚合物双向开关向第二接线柱弯曲，所述第二碳膏层与所述第二接线柱接触，接通所述第三连接线与所述第四连接线，从而接通所述第二工作件和所述第二电源，所述第二工作件开始工作，实现本专利技术在大于150℃时通过温度控制电路闭合的功能；此时所述第一连接线与所述第二连接线断开，所述第一工作件停止工作。与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：1本专利技术采用形状记忆聚合物材料，利用材料自身性质实现对外界温度做出响应，结构简单、轻质，充分利用材料的力学性能，使材料既为结构部分又为功能部分；2本专利技术的电子元件数量少、系统结构控制环节少，系统可靠性高；3本专利技术的双向温控开关具有较强的抗电磁环境，在恶劣的电磁环境中依旧可以实现自身功能；4本专利技术可以实现双向变形，使得温控开关在不同温度下对双电路的闭合/断开进行控制。附图说明为了更清楚地说明本专利技术各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1是本专利技术的初始状态示意图；图2是本专利技术的结构示意图；图3是本专利技术的俯视示意图；图4是与本专利技术连接的外围电路示意图；图5是本专利技术的状态1示意图；图6是本专利技术的状态2示意图；图7a、7b、7c分别是本专利技术的苯乙烯聚合物基体的正视图、右视图和俯视图；图8a、8b分别是本专利技术的苯乙烯聚合物纤维和环氧树脂纤维的俯视图和正视图。图中数字表示：1-聚合物双向开关，11-苯乙烯聚合物基体，12-苯乙烯聚合物纤维，13-环氧树脂纤维，2-接线柱，21-第一接线柱，22-第二接线柱，3-连接线，31-第一连接线，32-第二连接线，33本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统，其特征在于，包括聚合物双向开关、碳膏层、接线柱、连接线、底座，所述聚合物双向开关由具有形状记忆的聚合物制成，所述碳膏层包括第一碳膏层和第二碳膏层，所述第一碳膏层和所述第二碳膏层分别均匀涂抹在所述聚合物双向开关的两侧，两个所述碳膏层互不连接；所述接线柱包括第一接线柱和第二接线柱，两个所述接线柱分别位于所述聚合物双向开关的两侧，所述第一接线柱位于所述第一碳膏层一侧，所述第二接线柱位于所述第二碳膏层一侧；所述聚合物双向开关在不同温度下分别向两侧弯曲，实现所述第一碳膏层与所述第一接线柱的接触导电和所述第二碳膏层与所述第二接线柱的接触导电；所述连接线将所述双向温控开关系统与两个外围电路连接，所述接线柱和所述聚合物双向开关均安装在所述底座上。

【技术特征摘要】
1.一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统，其特征在于，包括聚合物双向开关、碳膏层、接线柱、连接线、底座，所述聚合物双向开关由具有形状记忆的聚合物制成，所述碳膏层包括第一碳膏层和第二碳膏层，所述第一碳膏层和所述第二碳膏层分别均匀涂抹在所述聚合物双向开关的两侧，两个所述碳膏层互不连接；所述接线柱包括第一接线柱和第二接线柱，两个所述接线柱分别位于所述聚合物双向开关的两侧，所述第一接线柱位于所述第一碳膏层一侧，所述第二接线柱位于所述第二碳膏层一侧；所述聚合物双向开关在不同温度下分别向两侧弯曲，实现所述第一碳膏层与所述第一接线柱的接触导电和所述第二碳膏层与所述第二接线柱的接触导电；所述连接线将所述双向温控开关系统与两个外围电路连接，所述接线柱和所述聚合物双向开关均安装在所述底座上。2.如权利要求1所述的一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统，其特征在于，所述聚合物双向开关包括苯乙烯聚合物基体、苯乙烯聚合物纤维、环氧树脂纤维，所述苯乙烯聚合物基体为竖直中空的长方体，所述苯乙烯聚合物纤维与所述环氧树脂纤维均为细长纤维，所述苯乙烯聚合物纤维沿所述第一接线柱轴线方向插入所述苯乙烯聚合物基体位于所述第一接线柱一侧的内部，所述环氧树脂纤维沿所述第二接线柱轴线方向插入所述苯乙烯聚合物基体位于所述第二接线柱一侧的内部。3.如权利要求2所述的一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统，其特征在于，所述苯乙烯聚合物基体的玻璃化温度为50℃。4.如权利要求3所述的一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统，其特征在于，所述苯乙烯聚合物纤维的玻璃化温度为100℃，所述苯乙烯聚合物纤维具有45％的预应变。5.如权利要求4所述的一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统，其特征在于，所述环氧树脂纤维的玻璃化温度为150℃，所述环氧树脂纤维具有90％的预应变。6.如权利要求5所述的一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统，其特征在于，所述苯乙烯聚合物纤维和所述环氧树脂纤维的体积分数均为13％～14％，所述苯乙烯聚合物纤维和所述环氧树脂纤维应变前的长度相同。7.如权利要求6所述的一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统，其特征在于，所述连接线包括第一连接线、第二连接线、第三连接线、第四连接线，所述第一连接线连接所述第一接线柱，所述第二连接线连接所述第一碳膏层，所述第三连接线连接所述第二碳膏层，所述第四连接线连接所述第二接线柱。8.如权利要求7所述的一种基于形状记忆聚合物的双向温控开关系统，其特征在于，所述外围电路包括第一工作件、第二工作件、第一电源、第二电源，所述第一连接线与所述第一工作件连接，所述第二连接线与所述第一电源连接，所述第一工作件与所述第一电源连接；所述第三连接线与所述第二电源连接，所述第四连接线与...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷劲松，刘彦菊，刘立武，辛晓洲，林程，兰鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23