一种具有可变刚度和能量回收功能的智能减速带制造技术

本发明专利技术公开了一种具有可变刚度和能量回收功能的智能减速带，包括：硬质橡胶保护套、导电剪切变硬弹性体、导线和固定扣；智能减速带外层为硬质橡胶保护套，所述硬质橡胶保护套由多个固定扣固定在地面上；硬质橡胶保护套内设置预定形状的空腔，所述导电剪切变硬弹性体为柔软的塑性材料；将所述导电剪切变硬弹性体填充到所述预定形状的空腔中；所述导电剪切变硬弹性体上接附一根导线作为单电极连出为外部供电，用于能量回收。本发明专利技术通过剪切变硬弹性体在强冲击下刚度迅速增大的特性，根据过往车辆车速自动改变减速带的刚度特性，对于高速通过车辆起到警示作用，同时能减小车辆慢速通过现用减速带时的不适感，同时将冲击力和压力转化为电能进一步回收利用。

【技术实现步骤摘要】
一种具有可变刚度和能量回收功能的智能减速带
本专利技术属于道路交通
，具体涉及一种具有能量回收(发电)和变刚度功能的智能减速带。
技术介绍
减速带是安装在交通路段上，用于降低机动车、非机动车行驶速度的交通专用安全设置。近年来，随着城市交通运输领域的迅速发展，机动车保有量持续增大，道路交通安全问题受到越来越多的关注，有关减速带减速功能的优化与应用探索也在如火如荼展开中。根据目前研究现状，橡胶减速带是最为常见的一种，其一般是由橡胶材料组成。中国专利CN201910897439.1公开了一种橡胶减速带，其具有螺栓不易断裂、使用寿命长等特点。专利号为CN201811199541.6的中国专利公开了一种橡胶减速带及其制备方法，其拥有良好的耐老化性能。虽然这些减速带具有不易损坏，使用寿命长等优点，但该类减速带最大的缺陷是橡胶材料只具备单一刚度特性，在车辆慢速通过时对乘车人员产生颠簸感影响其乘车体验，甚至可能对车辆轮毂造成进一步损害。非牛顿流体材料是一种新型的缓冲减震材料，具有良好的剪切增稠效应。自从被首次研制成功以后，被广泛投入到减速带的实际应用当中。中国专利CN201510992630.6公开了一种基于非牛顿流体的可沉降减速带，其可以增加慢速通过车辆时的舒适性。专利号CN201710673128.8公开了一种非牛顿流体减速带装置，可减小低速通过车辆的阻力使其平稳通过。然而非牛顿流体属于液态材料，其性能难以稳定，在使用过程中极易发生沉降现象。此外，非牛顿流体在减速带中的泄漏与溶剂挥发等问题也亟待解决。>车辆在通过减速带时会作用于减速带巨大的冲击力和压力，机械能耗散状况十分严重。若能利用能量回收的手段将此机械能转化为电能，则可有效避免能量损失。中国专利CN201822172522.6公开了一种路用压电式发电减速带，其通过在常规减速带的下方设置压电部件，将车辆冲击力和压力转化为电能，绿色环保，前景良好。专利号CN201810768214.1公开了一种减速带发电装置，通过减速带发电、升压储能，从而使发电质量的稳定性极大提高。然而现有减速带装置普遍体积庞大结构复杂，且成本过高，不利于推广使用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术成功地研发出一种基于导电剪切变硬弹性体的可能量收集的智能变刚度减速带，具有稳定的剪切变硬特性且能将能量回收利用的智能减速带，对于科研探索和实际路面交通应用具有深远意义。本专利技术的减速带主要包括减速带外壳、填充于减速带外壳中的导电剪切变硬弹性体。剪切变硬弹性体中掺有导电碳材料，外接导线后可导出电流，实现能量回收利用。本专利技术结构简单，设计合理，通过剪切变硬弹性体在强冲击下刚度迅速增大的特性，根据过往车辆车速自动改变减速带的刚度特性，对于高速通过车辆起到警示作用，同时能减小车辆慢速通过现用减速带时的不适感。本专利技术同时能够将车辆作用在减速带上的冲击力和压力转化为电能进一步回收利用，体现了绿色环保的理念。本专利技术的技术方案为：一种基于导电剪切变硬弹性体复合材料的可变刚度和能量回收的智能减速带，包括：硬质橡胶保护套、导电剪切变硬弹性体、导线和固定扣；智能减速带外层为硬质橡胶保护套，所述硬质橡胶保护套由多个固定扣固定在地面上；硬质橡胶保护套内设置预定形状的空腔，所述导电剪切变硬弹性体为柔软的塑性材料；将所述导电剪切变硬弹性体填充到所述预定形状的空腔中；所述导电剪切变硬弹性体上接附一根导线作为单电极连出为外部供电，用于能量回收。进一步的，所述预定形状的空腔形状为：底面为平面，顶面为带有圆弧顶的空腔；进一步的，采用一根导线，即只采用一个电极即对外输出电子，对外供电，无需两个电极；在导电剪切变硬弹性体内接附并连出进行能力回收，即发电。进一步的，所述导电剪切变硬弹性体是由剪切变硬胶、甲基硅橡胶、导电碳材料、固化剂和硫化剂混合硫化而成，其中剪切变硬胶含量为10％-70％，甲基硅橡胶含量为10％-50％，导电碳材料含量在0.1％-40％，固化剂含量1％-5％，硫化剂含量1％-10％。进一步的，其中所述的甲基硅橡胶为聚二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶或其混合物。进一步的，其中所述导电碳材料为碳黑、碳纳米管或其混合物。进一步的，其中所述的固化剂为正戊酸、正己酸和正辛酸。进一步的，其中所述的硫化剂为过氧化苯甲酰。进一步的，其中所述剪切变硬弹性体与导电碳材料质量比为100:1至5:1。进一步的，其中所述的剪切变硬胶是一种由羟基硅油和硼酸经100至300℃高温处理得到的产物。进一步的，其中所述的剪切变硬胶中羟基硅油和硼酸的质量比为60:1至10:1。进一步的，其中剪切变硬胶与甲基硅橡胶的质量比为9:1至1:9。在本专利技术的另一方面，提供一种基于导电剪切变硬弹性体的可能量收集的智能变刚度减速带，其中所述的组装是在制备好的导电剪切变硬弹性体表面附着导线，再将弹性体及导线填入橡胶减速带空腔内，并封装完整。根据本专利技术的另一方面，提出一种制备导电剪切变硬弹性体材料的方法，包括以下步骤：a.将导电剪切变硬胶体、甲基硅橡胶混合均匀，两种材料的比例在4:1至1:4之间；b.再向混合物中加入硫化剂，硫化剂含量为1％-10％，进行混炼得到混合物；c.将步骤b中的混合物经50-150℃温度和1-20兆帕压力下硫化成型，得到导电剪切变硬弹性体；d.将导电剪切变硬弹性体上下贴合，中间接出导线，再将其在30至150℃温度下热处理得到导电剪切变硬弹性体材料。根据本专利技术的另一方面提出一种制备导电剪切变硬胶体材料的方法，所述方法包括以下步骤：a.将羟基硅油和硼酸按照质量比范围为60:1至10:1混合均匀；b.向混合物中加入导电碳材料，其中导电碳材料的质量范围为0.1％-40％；c.将步骤b中的混合物在100至300℃温度下进行热处理后加入固化剂成型，得到导电剪切变硬胶体。有益效果：本专利技术相对于现有技术，具有以下优点：(1)本专利技术结构简单，设计合理，通过剪切变硬弹性体在强冲击下刚度迅速增大的特性，根据过往车辆车速自动改变减速带的刚度特性，对于高速通过车辆起到警示作用，同时能减小车辆慢速通过现用减速带时的不适感。(2)本专利技术同时能够将车辆作用在减速带上的冲击力和压力转化为电能进一步回收利用，体现了绿色环保的理念。附图说明图1是本专利技术中减速带结构俯视图；图2是本专利技术中减速带结构剖面图；图3(a)是剪切变硬弹性体在受到落锤冲击时的力损耗曲线：落锤从一定高度(10cm)释放作用于弹性体和力传感器，可见冲击力迅速减小，被弹性体显著耗散；图3(b)是剪切变硬弹性体在受到落锤冲击时的力损耗曲线：落锤从一定高度(30cm)释放作用于弹性体和力传感器，可见冲击力迅速减小，被弹性体显著耗散；图4是剪切变硬弹性体在不同速率的应变力作用下储能模量的变化情况，这体现了智能减速带变刚度的特性；图5(a本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于导电剪切变硬弹性体复合材料的可变刚度和能量回收的智能减速带，其特征在于，包括：/n硬质橡胶保护套、导电剪切变硬弹性体、导线和固定扣；智能减速带外层为硬质橡胶保护套，所述硬质橡胶保护套由多个固定扣固定在地面上；/n硬质橡胶保护套内设置预定形状的空腔，所述导电剪切变硬弹性体为柔软的塑性材料；将所述导电剪切变硬弹性体填充到所述预定形状的空腔中；/n所述导电剪切变硬弹性体上接附一根导线作为单电极连出为外部供电，用于能量回收。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于导电剪切变硬弹性体复合材料的可变刚度和能量回收的智能减速带，其特征在于，包括：
硬质橡胶保护套、导电剪切变硬弹性体、导线和固定扣；智能减速带外层为硬质橡胶保护套，所述硬质橡胶保护套由多个固定扣固定在地面上；
硬质橡胶保护套内设置预定形状的空腔，所述导电剪切变硬弹性体为柔软的塑性材料；将所述导电剪切变硬弹性体填充到所述预定形状的空腔中；
所述导电剪切变硬弹性体上接附一根导线作为单电极连出为外部供电，用于能量回收。


2.根据权利要求1所述的智能减速带，其特征在于，
所述预定形状的空腔形状为：底面为平面，顶面为带有圆弧顶的空腔；
采用一根导线，即只采用一个电极即对外输出电子，对外供电，无需两个电极；在导电剪切变硬弹性体内接附并连出进行能力回收发电。


3.根据权利要求1所述的智能减速带，其特征在于：所述导电剪切变硬弹性体是由剪切变硬胶、甲基硅橡胶、导电碳材料、固化剂和硫化剂混合硫化而成，其中剪切变硬胶含量为10％-70％，甲基硅橡胶含量为10％-50％，导电碳材料含量在0.1％-40％，固化剂含量1％-5％，硫化剂含量1％-10％。


4.根据权利要求3所述的智能减速带，其特征在于，所述甲基硅橡胶为聚二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶或其混合物；所述导电碳材料为碳黑、碳纳米管或其混合物；所述的固化剂为正戊酸、正己酸和正辛酸；所述的硫化剂为过氧化苯甲酰。


5.根据权利要求3所述的智能减速带，其特征在于，所述剪切变硬弹性体与导电碳材...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚兴龙，王胜，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34