卷曲致动器系统和方法技术方案

一种产生卷曲致动器纤维的系统和方法。该方法包括：对纤维加捻以产生加捻纤维；将加捻纤维缠绕在芯上，以在加捻纤维中产生卷；以及移除芯的至少一部分以产生卷曲致动器纤维。在一些方面中，该纤维可以是具有一根或多根纤维的纱线、或者包括单个细长元件的纤维。在一些方面中，芯的一部分包括可移除的牺牲部分。可移除的牺牲部分可以是可溶解于溶剂中的，或者可以是物理可移除的。在一些方面中，芯还包括不可溶解的非可溶部分，并且产生卷曲致动器可以包括通过以下方式来移除牺牲部分：通过处理芯上的加捻纤维以移除牺牲部分并留下非可溶部分。

Crimp actuator system and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】卷曲致动器系统和方法相关申请的交叉参考本申请要求2017年4月10日提交的标题为“COILEDACTUATORSYSTEMANDMETHOD”的美国临时专利申请号62/483,839的权益，该申请特此以引用的方式整体地并入并且用于所有目的。本申请还涉及2018年4月10日提交的标题为“COILEDACTUATORSYSTEMANDMETHOD”且代理人案号为0105198-019US0的美国申请号XX/XXX,XXX，并且还涉及2016年5月20日提交的标题为“SYSTEMANDMETHODFORTHERMALLYADAPTIVEMATERIALS”的美国申请15/160,439，所述申请特此以引用的方式整体地并入并且用于所有目的。政府权利本专利技术由政府支持在美国能源部授予的DE-AR0000536下进行。政府在本专利技术中拥有某些权利。附图说明图1是加捻纤维、纤丝或纱线的图示，其示出了纤维偏角（α纤维）。图2是加捻且卷曲的纤维或纱线的图示，其示出了纤维偏角（α纤维）、卷偏角（α卷）、卷直径（D）和纤维直径（d）。图3a和图3b是具有不同卷偏角的两个示例卷曲纤维或纱线的图示。图4a和图4b是通过移除牺牲层以增加卷之间的距离或间隔所产生的加捻纤维或纱线的另一个示例的图示。图5a和图5b图示了以下两者的另外的示例：通过将加捻纤维或纱线缠绕在心轴或芯材料（诸如，另一种纤维或纱线）上所产生的卷曲纤维或纱线，和在移除心轴或中心芯材料之后所产生的释放的卷曲纤维或纱线。图6a和图6b图示了通过将加捻纤维或纱线缠绕在包括以可移除材料覆盖的中心芯的芯材料上所产生的卷曲纤维或纱线的再另外的示例，以及图示了在使可移除材料溶解或反应而在卷曲纤维或纱线的中心处留下中心材料之后所产生的示例卷曲纤维或纱线。图7a和图7b图示了加捻纤维或纱线的示例，该加捻纤维或纱线以这样的方式卷曲在心轴或中心芯上，使得纤维或纱线不与最近的相邻者接触，并且进一步图示了在移除心轴或中心芯之后所产生的卷曲纤维或纱线。图8a和图8b图示了加捻纤维或纱线的另一个示例，该加捻纤维或纱线在用作加捻纤维或纱线的间隔物的第二纤维或纱线旁边卷曲在心轴或中心芯上，并且图示了通过移除心轴或中心芯和间隔物纤维或纱线所产生的卷曲纤维或纱线。图9a图示了卷曲在心轴或中心芯上的两根加捻纤维或纱线。图9b图示了在移除图9a的心轴或中心芯之后所产生的两个卷曲纤维或纱线致动器。这两个卷曲致动器被图示为嵌套在彼此内。图10图示了加捻纤维的示例产生过程，该产生过程包括过程监测和反馈。图11a图示了纤维卷曲系统的示例，该纤维卷曲系统包括纤维源线轴，该纤维源线轴将纤维馈送到接收和卷绕纤维的收线（uptake）线轴。图11b图示了图11a的纤维卷曲系统，其中与图11a相比，卷成核区域已朝向收线线轴传播（propagate）。图11c图示了图11a的纤维卷曲系统，其中与图11a相比，卷成核区域已朝向源线轴传播。图12a是可以通过插捻在纤维或纱线中产生的扭结或普通缠结的图示。图12b是可以通过插捻在纤维或纱线中产生的圆柱形缠结的图示。图13和图14示出了两个环境响应卷曲纤维致动器。显微镜图像示出了通过两种不同方法所产生的具有类似几何的卷。比例尺条的长度为0.5mm。图15a、图15b、图16a、图16b、图17a、图17b和图18图示了包括一个或多个卷曲纤维致动器的双压电晶片的示例实施例。图19呈现了具有各种卷指数值（C）的超过200个示例加捻且卷曲的纯手性纤维致动器的有效线性热膨胀系数（CTE）数据。应注意，附图未按比例绘制，并且贯穿附图，为了说明性目的，类似结构或功能的元件一般由相似的附图标记来表示。还应注意，附图仅旨在促进描述优选实施例。附图并未图示所描述的实施例的每个方面，并且不限制本公开的范围。具体实施方式在各种实施例中，可以通过插捻过程来产生卷曲致动器（“人造肌肉”）。例如，纤维可以被加捻到卷曲的那一刻。在另一个示例中，纤维可以几乎被加捻到卷曲的那一刻，然后缠绕在心轴或者纤维或纱线芯上。尽管本文中讨论的各种实施例涉及纤维，但应清楚的是，各种实施例可以包括任何合适的细长元件，包括纤维、纤丝、带状物、纱线、线等等。附加地，如本文中使用的，“纤维”可以涵盖任何此类细长元件，包括：包括一根或多根纤维或其他元件的纱线、包括单个细长元件的纤维等等。因此，除非上下文另有规定，否则术语“纤维”应被解释为广泛地涵盖任何此类一个或多个细长元件。在一些实施例中，本文中讨论的卷曲致动器纤维可以用于致动纺织品。例如，此类纺织品可以用于生产出对各种类型的环境条件（包括温度、水分、湿气等等）作出反应的衣服。在一些实施方式中，可以存在纺织品的最小载荷和/或纺织品可能需要接近体温操作，并且各种实施例可以被配置成用于在此类操作条件下进行期望的操作。另外的实施例可以被配置成用于各种其他合适的目的或应用，且因此涉及供人或动物用户使用的构型的示例不应被解释为对本文中公开的致动器的众多应用的限制。各种实施例对于一些用途或实施方式可以具有许多优点。例如，致动器的一些实施例可以包括用于使用制造友好技术产生的致动器的更大热响应值，其中所述致动器具有受控的卷接触温度和热响应范围。根据各种实施例，卷曲的热纤维或纱线致动器可以经由从加捻卷曲到扭动或缠结的那一刻（自卷曲型或通过加捻的卷曲型）、经由卷曲在心轴或用作一根或多根纤维可以卷绕的芯的其他合适材料上（通过缠绕的卷曲型）或其他合适的方法而制成。在各种示例中，这样芯可以是可部分或全部移除的，包括经由溶解进行的移除，如本文中更详细讨论的。在一些示例中，常规的纱线生产机械（诸如，纺纱机或捻线机）不能够可靠地产生属于通过加捻的卷曲型的期望的受控几何纤维或纱线致动器。此类纱线的产生会对诸如以下各者的变量高度敏感：环境温度和湿气、输入纤丝结晶度和取向、摩擦、输入纤丝中的缺陷、纺锤速度的变化、馈送速率或收线速度、输入纤丝直径、纱线张力等等。然而，如本文中更详细讨论的，在各种实施例中，在纱线张力、纱线馈送速率、插捻数/m，包装收线速率、纱线产生期间的翼锭（或钢领和钢丝圈）旋转速率等等之间的谨慎平衡可以产出具有可控几何的高度加捻或卷曲致动器。这些参数中的一个或多个可能需要在生产期间作改变或调整以考虑上述变量的波动；然而，一些常规的生产机器不允许此类参数在生产期间改变。此外，针对一个位置或纺锤的参数可能需要以与另一个位置或纺锤中的参数不同的方式改变，如果利用普通的驱动器来驱动若干个位置，则一些系统可能无法执行某个任务。因此，本文中公开了提供此类功能的新型机器。用于插捻到纤丝纱线或纤维（单丝抑或多丝）中的示例方法可以包括环锭加捻、摩擦纺纱、倍捻加捻等等。环锭纺纱可以是利用被称为钢丝圈的导引件的运动的过程，该导引件围绕钢领自由地循环以进行插捻并同时将成形的纱线卷绕到筒管上。在生产环境中，可以使用普通的皮带驱动系统来驱动纺锤。插入到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种构造热自适应服装的方法，所述热自适应服装被配置成穿着在用户的身体上并且至少部分地包围用户的身体的一部分，所述热自适应服装包括：/n产生多根卷曲致动器纤维，其中所述多根卷曲致动器纤维中的每一根通过以下方式产生：/n对纤维加捻以产生高度加捻纤维，所述高度加捻纤维的纤维偏角α

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170410 US 62/4838391.一种构造热自适应服装的方法，所述热自适应服装被配置成穿着在用户的身体上并且至少部分地包围用户的身体的一部分，所述热自适应服装包括：
产生多根卷曲致动器纤维，其中所述多根卷曲致动器纤维中的每一根通过以下方式产生：
对纤维加捻以产生高度加捻纤维，所述高度加捻纤维的纤维偏角α纤维在25°和50°之间；
将所述高度加捻纤维缠绕在牺牲芯上，以在所述高度加捻纤维中产生卷；
通过向安置在所述牺牲芯上的所述高度加捻纤维卷施加热量或化学定形剂来定形所述高度加捻纤维卷；以及
通过将所述牺牲芯溶解在溶剂中来移除所述牺牲芯，以产生具有以下特性的卷曲致动器纤维：
大于或等于2.0的卷弹簧指数（C），
大于或等于20℃的卷部分接触温度，
|CTE|≥2mm/m/K的热响应，以及
在25°和50°之间的纤维偏角α纤维；
产生热自适应织物，所述热自适应织物包括所产生的多根卷曲致动器纤维；
产生由所述热自适应织物限定的服装主体，所述服装主体包括：
内部部分，其具有被配置成面向穿着用户的身体的内面；以及
外部部分，其具有被配置成面向所述穿着用户外部的环境的外面，
其中，所述热自适应织物被配置成响应于第一环境温度范围而呈现基本构型，并且
其中，所述热自适应织物被配置成响应于与所述第一环境温度范围分开的第二环境温度范围而呈现放样构型。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纤维包括以下各者中的一者：包括一根或多根纤维的纱线，或者包括单个细长元件的纤维。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过溶解在水中来移除所述牺牲芯。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述牺牲芯包括水溶性聚合物单丝、纤丝纱线或短纤维纱线。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，在已将所述卷曲致动器纤维并入到织物中之后移除所述牺牲芯。


6.一种产生多根卷曲致动器纤维的方法，其中所述多根卷曲致动器纤维中的每一个通过以下方式产生：
对纤维加捻以产生加捻纤维，所述加捻纤维的纤维偏角α纤维在25°和50°之间；
将所述加捻纤维缠绕在牺牲芯上，以在所述加捻纤维中产生卷；
通过向安置在所述牺牲芯上的所述加捻纤维卷施加热量或化学定形剂来定形所述高度加捻纤维卷；以及
通过将所述牺牲芯溶解在溶剂中来移除所述牺牲芯，以产生具有以下特性中的两个或更多个的卷曲致动器纤维：
大于或等于2.0的卷弹簧指数（C），
大于或等于20℃的卷部分接触温度，
|CTE|≥2mm/m/K的热响应，以及
在25º和50º之间的纤维偏角α纤维。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述纤维包括以下各者中的一者：包括一根或多根纤维或其他元件的纱线，或者包括单个细长元件的纤维。


8.一种产生卷曲致动器纤维的方法，所述方法包括：
对纤维加捻以产生加捻纤维；
将所述加捻纤维缠绕在芯上，以在所述加捻纤维中产生卷；以及
移除所述芯的至少一部分以产生卷曲致动器纤维。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述纤维包括以下各者中的一者：包括一根或多根纤维的纱线，或者包括单个细长元件的纤维。


10.根据权利要求8所述的方法，其还包括：通过加热或化学处理来定形所述卷曲致动器纤维。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，在部分或完全移除所述芯之前实施定形所述加捻纤维卷。


12.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述卷曲致动器纤维的线轴上实施所述加捻纤维卷的定形。


13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述卷曲致动器纤维包括大于或等于2.0的卷弹簧指数（C）。


14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述卷曲致动器纤维包括大于或等于10℃的卷部分接触温度。


15.根据权利要求8所述的方法，其中，所述卷曲致动器纤维包括|CTE|≥2mm/m/K的热响应。


16.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法还包括：将至少两根加捻纤维缠绕在芯上以在所述加捻纤维中产生卷。


17.根据权利要求8所述的方法，其中，通过以下方式移除所述芯：
a.溶解；
b.化学反应；
c.或其组合。


18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述芯还包括非可移除部分，所述非可移除部分在与所述可移除部分相同的条件下不可溶解或无化学反应性，从而留下所述芯的一部分。


19.根据权利要求8所述的方法，其中，对所述纤维加捻以产生所述加捻纤维包括：对所述纤维加捻以具有大于25°的纤维偏角α纤维。


20.根据权利要求8所述的方法，其中，对所述纤维加捻以产生所述加捻纤维包括：对所述纤维加捻以具有在30º和40º之间的纤维偏角α纤维。


21.一种用于制成卷曲纤维致动器的方法，当为以下条件时，所述卷曲纤维致动器在其卷之间具有物理空间：
a.所述卷曲纤维处于体温下，以及
b.无载荷，
其中，所述卷曲纤维致动器通过以下各者中的至少一者被定形：
c.热量，抑或
d.化学处理
同时处于物理约束下，所述物理约束防止在所述定形过程期间所述卷曲纤维致动器的实质性膨胀或收缩。


22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述卷曲致动器纤维包括大于或等于2.0的卷弹簧指数（C）。


23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述卷曲纤维致动器包括|CTE|≥2mm/m/K的热响应。


24.根据权利要求21所述的方法，其中，在定形期间应用的所述物理约束被应用于所述卷曲纤维致动器的线轴。


25.根据权利要求21所述的方法，其中，在定形期间应用的所述物理约束：
c.防止在所述定形过程期间所述卷曲纤维致动器的实质性膨胀或收缩，以及
d.将所述卷曲纤维致动器保持于在其卷之间存在物理空间的位置中。


26.根据权利要求21所述的方法，其中，所述卷曲纤维致动器在大于或等于121℃的温度下被热定形。


27.根据权利要求21所述的方法，其中，当为以下条件时，所述卷曲纤维致动器在其卷之间具有物理空间：
c.所述卷曲纤维处于室温下，以及
d.无载荷。


28.一种用于制成卷曲纤维致动器的方法，当为以下条件时，所述卷曲纤维致动器在其卷之间具有物理空间：
c.所述卷曲纤维处于体温下，以及
d.无载荷，
其中，在所述卷的初始形成之后，在以下各者下对所述卷曲纤维致动器加捻：
d.沿与用于形成所述卷的捻向相反的方向，
e.处于小于在初始卷形成期间施...

【专利技术属性】
技术研发人员：B里利，J常，S麦克兰斯，CE奥布里恩，
申请(专利权)人：奥特尔实验室有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US