一种热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用，该弹簧用作柔性填充容器的自支撑驱动开关。可以实现室温下随意折叠收纳，使用时候加热迅速自动撑开，填充容器体积的封口开关。利用形状记忆合金SMA可恢复变形大、输出力大的重复伸缩特点，提出仿照DNA双螺旋结构，采用镍

【技术实现步骤摘要】
一种热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用


[0001]本专利技术涉及螺旋弹簧领域，具体涉及一种热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用。

技术介绍

[0002]根据统计，家庭中最大的两类安全隐患：(1)家中绳索，容易导致儿童缠绕窒息和绊倒摔伤等危险。(2)炉具等加热烧伤和烫伤：儿童皮肤比成人更薄，一杯热咖啡5秒钟可导致儿童重度烫伤，多数时候刚停止加热的锅具、炉具和电水壶等在70
‑
90℃，儿童误触极易导致烫伤。
[0003]如果有一系列方便的给低幼儿童设计的安全防护用具，不仅能够提高家中儿童的安全性，也能让家长安心放手让孩子们动手做家务，锻炼自理能力。目前并没有这类简单、便宜的自动化的儿童家庭生活安全防护用具。
[0004]形状记忆合金制造的卫星天线是一种利用形状记忆合金(SMA)加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的特点实现小体积收纳和大面积展开的设计——即拥有"记忆"效应特点的金属材料工程应用，如图1。
[0005]SMA在牙齿正畸器、各类腔内支架和手术缝合线也有很广泛使用。另外，形状记忆合金材料在控制浴室水管的水温、启动消防报警装置和暖气的阀门内有了应用。在我们的生活中主要用作结构材料，还没有用于各种安全防护用具的自动弹出驱动元件的公开资料。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实现自动伸展导致体积膨胀，无需电路驱动，且结构简单、反应敏捷、价格低廉、通用性好的热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术就家庭中收纳袋绳索和炉灶给低幼儿童带来的安全风险问题，设计并制作一类可以实现室温下随意折叠收纳，使用时候加热迅速自动撑开，填充容器体积的封口开关。
[0009]根据形状记忆合金可恢复变形大、输出力大的重复伸缩特点，本专利技术提出采用形状记忆合金(SMA)丝线制造不同形态弹簧的设想，希望结合弹簧的能量储存和记忆合金丝的形变可逆重复输出力的特性，做出简单、经济和智能的驱动弹簧元件。这种驱动弹簧可放入大口径收纳袋、球体玩具和防热等安全用具等容器的内胆中，实现室温下随意折叠收纳，使用时候短时受热自动伸长，形成大体积填充支撑各种容器的目的。这个SMA驱动弹簧可以解决了大体积容器占用空间大、携带不方便的问题，而且不需要电池电能、反应敏捷、结构简单且价格低廉、通用性好。
[0010]一种热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用，该弹簧用作柔性填充容器的自支撑
驱动开关。
[0011]进一步地，该弹簧的结构为单螺旋、双螺旋或三螺旋。
[0012]专利技术人了解到，自然界中很多植物和动物都有弹簧的螺旋结构和形态，比如电鳗、蛇类的身体骨骼就是弹簧结构，给这类软体动物提供足够的体积缩小能力，以躲避天敌。蛛丝的内部结构也是三种不同螺旋形态构成，提供很大的弹力和收缩力，电影里面蜘蛛侠的蛛丝同样具有科学原理。基因DNA也是著名的双螺旋结构，双螺旋提供了极大的结构稳定性和互补性，并且局部DNA还可以形成三螺旋甚至四螺旋的形式。双螺旋的主链有二条，它们似“麻花状”绕一共同轴心以右手方向盘旋，提供超大变形，如图2。因此本专利技术中选择模仿DNA结构，制作单螺旋、双螺旋和三螺旋的弹簧。本专利技术中螺旋弹簧的结构、宽度、直径和数量四个参数设计如图3
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4所示。
[0013]进一步地，该弹簧的材质为形状记忆合金。
[0014]进一步地，该弹簧的材质为镍
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钛记忆合金。
[0015]进一步地，所述弹簧的螺径D为1
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4cm，螺距L为1
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7cm。
[0016]进一步地，所述弹簧的螺径D为1
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2cm，螺距L为1.8
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2.2cm。
[0017]进一步地，所述弹簧的螺旋数量为4
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36组。
[0018]进一步地，所述弹簧的螺旋数量为4
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8组。
[0019]进一步地，该应用的具体方法为：
[0020]将弹簧煅烧后，使其形状固定至收缩态，然后冷却至室温；
[0021]将弹簧连接到柔性填充容器上，再将弹簧加热后，弹簧伸展，将柔性填充容器撑开。柔性填充容器包括收纳袋、厨房透明防护罩内胆或玩偶。
[0022]进一步地，所述煅烧的温度为350
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450℃，时间为10
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20min；所述加热的温度为60
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70℃。
[0023]与现有技术相比，本专利技术针对家庭中收纳袋绳索和炉灶给低幼儿童带来的安全风险问题，设计并制作一类可以实现室温下随意折叠收纳，使用时候加热迅速自动撑开，填充容器体积的封口开关。利用形状记忆合金SMA可恢复变形大、输出力大的重复伸缩特点，提出仿照DNA双螺旋结构，采用镍
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钛形状记忆合金丝线绕制“智能弹簧”的设想，结合弹簧的能量储存特点和记忆合金的形变可逆重复输出力的特性，做出简单和自动伸展的弹簧驱动元件作为封口开关。
附图说明
[0024]图1为形状记忆合金变形恢复原理图；
[0025]图2为DNA弹性杆模型的超大变形；
[0026]图3为本专利技术螺旋几何尺寸设计示意图；
[0027]图4为本专利技术三种螺旋的形状结构设计示意图；
[0028]图5为本专利技术镍
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钛记忆合金金属丝室温中尺寸设计、绕制和测试过程图；
[0029]图6为本专利技术用于研究的弹簧样品照片；
[0030]图7为本专利技术中不同长度的SMA弹簧受热后自动伸长的响应速度对比实验；
[0031]图8为本专利技术中弹簧加热伸展的过程形态对比；
[0032]图9为本专利技术中弹簧受热后膨胀的驱动力演示实验；
[0033]图10为填充实施例2中优化尺寸的弹簧原件后收纳袋电吹风加热后膨胀演示图；
[0034]图11为用SMA弹簧作为温度感应的自动膨胀和支撑的生活物品。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0036]本专利技术采用镍
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钛记忆合金丝线，直径为1.0mm，输出力大约800MPa，预形变约4
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5％，必要时还要使用金属剪刀钳，游标卡尺、电子计时器、直径为1
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4cm的陶瓷管模具，加热台，加热炉，烧杯，自来水，电吹风，若干家用布料、无纺布、海绵块和透明耐热塑料布。
[0037]螺旋弹簧的制备具体参数如下表1中。使用镍
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钛记忆合金丝线在直径为1
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4cm的不同陶瓷管是缠扰形成弹簧，如图5所示。然后使用400℃加热炉热固定形状15分钟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用，其特征在于，该弹簧用作柔性填充容器的自支撑驱动开关。2.根据权利要求1所述的一种热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用，其特征在于，该弹簧的结构为单螺旋、双螺旋或三螺旋。3.根据权利要求2所述的一种热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用，其特征在于，该弹簧的材质为形状记忆合金。4.根据权利要求3所述的一种热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用，其特征在于，该弹簧的材质为镍
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钛记忆合金。5.根据权利要求2所述的一种热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用，其特征在于，所述弹簧的螺径D为1
‑
4cm，螺距L为1
‑
7cm。6.根据权利要求5所述的一种热敏螺旋弹簧在柔性填充容器中的应用，其特征在于，所述弹簧的螺径D为1
‑
2cm，螺距L为1.8
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭芳威，王晨懿，常慧慧，袁玉杰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：