專利名稱：關(guān)于復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種關(guān)于復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，具體地說(shuō)，涉及一種具有增長(zhǎng)性質(zhì)的復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)(即，具有負(fù)值或?qū)嶋H負(fù)值泊松比(Poisson’s ratio))，以及制作增長(zhǎng)性質(zhì)復(fù)合材料的方法以及增長(zhǎng)復(fù)合材料的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
與大多數(shù)傳統(tǒng)材料不同，增長(zhǎng)材料垂直于其拉伸的軸線擴(kuò)展，這就使該材料具有各種有用的性質(zhì)。現(xiàn)有的增長(zhǎng)材料和用于其生產(chǎn)的技術(shù)，如在WO00/53830中的具體說(shuō)明，面臨著以可靠的方式在和/或適用于工業(yè)化的規(guī)模上制作增長(zhǎng)材料的重大問(wèn)題。其他此先前技術(shù)的材料都由單一的材料形成，因此，最終具有有限的性質(zhì)。本發(fā)明的目的在于解決先前技術(shù)材料以及其生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種改進(jìn)的增長(zhǎng)復(fù)合材料，一種制作增長(zhǎng)復(fù)合材料的方法以及此增長(zhǎng)復(fù)合材料的應(yīng)用。制作方法設(shè)想的目的為適用于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)或以大規(guī)模的范圍制作。本發(fā)明的目的之一在于提供一種增長(zhǎng)復(fù)合材料，以及一種制作在其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上可靠的材料，且其可以提供更廣范圍的材料性質(zhì)和用途。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，其提供一種具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件，此復(fù)合元件包括第一元件和第二元件，第一元件和第二元件相對(duì)一軸線縱向延伸，第一元件環(huán)繞第二元件纏繞一圈或多圈，所述一圈或多圈相對(duì)于所述軸線縱向間隔，第一元件上拉伸載荷的變化使得第二元件相對(duì)于所述軸線的徑向位置產(chǎn)生變化。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，其提供了一種具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件，復(fù)合元件包括第一元件和第二元件，第一元件和第二元件相對(duì)一軸線縱向延伸，第一元件纏繞第二元件一圈或多圈，第一元件比第二元件具有更高的彈性模量，第一元件上拉伸或壓縮載荷的變化使得第二元件相對(duì)于所述軸線的徑向位置產(chǎn)生變化。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件，復(fù)合元件包括第一元件和第二元件，第一元件和第二元件相對(duì)于一軸線縱向延伸，第一元件以螺旋的方式纏繞第二元件，第一元件上拉伸和壓縮載荷的變化使得第一元件的螺旋的直徑隨之變化，第一元件的螺旋的直徑的變化使得第二元件具有螺旋的形式和/或使第二元件的螺旋的直徑產(chǎn)生變化，第二元件的螺旋的直徑隨著第一元件的螺旋的直徑的減少而增加，第二元件的螺旋的直徑隨著第一元件的螺旋的直徑的增加而減少。
本發(fā)明的第一和/或第二和/或第三方面可以包括在本文中任何地方說(shuō)明的特征、選擇或可能性，具體說(shuō)明如下。
復(fù)合元件和/或由其制作的結(jié)構(gòu)可以具有任何負(fù)值泊松比。此系統(tǒng)可以具有在0和-5之間的泊松比。特別可以提供在-3和-4之間的泊松比。
第一元件可以為具有相對(duì)高模量材料的纖維、桿或中空管。第一元件可以由碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酸胺(例如，凱夫拉爾TM)、聚酰胺(例如，尼龍)、聚酯、聚烷、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、金屬絲、棉花或其他材料形成。形成第一元件的材料可以為天然或人造、無(wú)機(jī)或有機(jī)材料。第一元件可以用固化薄膜密封，例如，固化的硅氧烷薄膜。在第一元件為中空管的情況下，所述管可以包含其他材料。
第二元件可以為纖維、桿或中空管，特別由中或低模量材料組成。優(yōu)選材料可以變形但不折斷。第二元件可以由硅氧烷、液硅橡膠、天然橡膠、丁腈橡膠或無(wú)論是天然還是人造的任何其他彈性材料制作。在第二元件為中空管的情況下，此管可以包含其他材料。所述其他材料可以是也可以不是增長(zhǎng)材料。其他材料可以具有與所述管不同的性質(zhì)。
在優(yōu)選方式中，第一元件比第二元件的模量高。第一元件可以具有在第二元件的直徑的0.01和1倍之間的直徑。第一元件的截面面積可以在第二元件的截面面積的0.001和1倍之間。
第一元件和/或第二元件可以由連續(xù)的材料形成。在優(yōu)選方式中，第一元件和/或第二元件可以拉長(zhǎng)。第一元件和/或第二元件至少可以為其最大界面尺寸或范圍的100倍長(zhǎng)。
所述軸線可以設(shè)置在由第一元件和第二元件組成的復(fù)合元件的中心。所述軸線可以設(shè)置在兩個(gè)或更多的元件之間。所述軸線可以設(shè)置通過(guò)核心元件，特別是可以在設(shè)置一個(gè)或多個(gè)第一元件和/或第二元件環(huán)繞其上的核心元件的中心。
第一元件環(huán)繞第二元件的纏繞(wrapping)以覆蓋或卷繞(winding)的形式設(shè)置。第一元件環(huán)繞第二元件的纏繞可以為盤(pán)繞或螺旋形式。盤(pán)繞或螺旋可以沿第二元件具有恒定的斜度(pitch)。斜度可以相對(duì)于軸線在0度和90度之間。
第二元件可以為線性的，第一元件環(huán)繞其纏繞。第二元件還可以環(huán)繞第一元件纏繞。第二元件可以為盤(pán)繞或螺旋形式。第一元件盤(pán)繞或螺旋的斜度與第二元件盤(pán)繞或螺旋的斜度相同。
第一元件上拉伸或壓縮載荷的變化可以隨著沿所述軸線或平行于軸線作用的載荷變化。載荷的變化可以隨著載荷增加。載荷的變化也可以隨著載荷減少。第一元件可以具有由零增加到使其產(chǎn)生變化的載荷值的載荷，或可以具有由第一值減少到使其變化的第二低值。載荷可以作用在第一元件的端部和/或可以在中間位置引入。
第二元件的徑向位置可以垂直于所述軸線進(jìn)行測(cè)量。在優(yōu)選方式中，當(dāng)載荷變化時(shí)，徑向位置的變化隨著第二元件的至少一部分相對(duì)于所述軸線的位移增加，具體地說(shuō)，當(dāng)載荷為拉伸載荷時(shí)變化為增加，當(dāng)載荷為壓縮載荷時(shí)變化為減少。在優(yōu)選方式中，當(dāng)載荷變化時(shí)，徑向位置的變化隨著第二元件的至少一部分從所述軸線的位移減少，具體地說(shuō)，當(dāng)載荷為拉伸載荷時(shí)，變化為減少，當(dāng)載荷為壓縮載荷時(shí)，變化為增加。當(dāng)載荷變化時(shí)，第二元件的一些部分的位置可能不具有位移增加的特征。
在優(yōu)選方式中，此結(jié)構(gòu)包括至少一對(duì)復(fù)合元件，每個(gè)復(fù)合元件都包括第一元件和第二元件。成對(duì)的復(fù)合元件可以彼此鄰接或彼此接觸設(shè)置。接觸可以在復(fù)合元件的第一元件之間和/或復(fù)合元件的第二元件之間。兩個(gè)或更多的復(fù)合元件可以環(huán)繞核心元件設(shè)置。復(fù)合元件的第一和/或第二元件可以與核心元件鄰接或接觸設(shè)置。
體結(jié)構(gòu)(bulk structure)可以由包括多個(gè)復(fù)合元件的單元的重復(fù)形成。核心元件可以設(shè)置在復(fù)合元件之間和/或由多個(gè)復(fù)合元件形成的單元之間。核心元件可以設(shè)置在環(huán)繞核心元件設(shè)置的具有兩個(gè)或更多復(fù)合元件的單元的核心。復(fù)合元件可以均勻間隔環(huán)繞核心元件。每個(gè)復(fù)合元件可以與其他核心元件鄰接或接觸。體結(jié)構(gòu)可以由包括多個(gè)復(fù)合元件或多個(gè)核心元件的單元的重復(fù)組成。
體結(jié)構(gòu)可以通過(guò)下述方式提供，其中每個(gè)復(fù)合元件與兩個(gè)或更多的另外復(fù)合元件鄰接或接觸設(shè)置。平面或薄片型的體結(jié)構(gòu)可以通過(guò)下述方式提供，其中通過(guò)沿彼此并排由第一復(fù)合元件形成的重復(fù)單元，以及在任何一側(cè)設(shè)置另一復(fù)合元件。核心元件可以設(shè)置在此結(jié)構(gòu)中的多個(gè)復(fù)合元件之間。在優(yōu)選方式中，每個(gè)單元都與兩個(gè)其他的單元鄰接或接觸。
體結(jié)構(gòu)可以通過(guò)下述方式提供，其中每個(gè)復(fù)合元件設(shè)置成與四個(gè)另外復(fù)合元件鄰接或接觸。體結(jié)構(gòu)可以由包括四個(gè)復(fù)合元件的單元形成，特別是環(huán)繞一個(gè)核心元件設(shè)置。在優(yōu)選方式中，每個(gè)單元都與四個(gè)或八個(gè)其他單元鄰接或接觸。
體結(jié)構(gòu)可以通過(guò)下述方式提供，其中每個(gè)復(fù)合元件設(shè)置成與五個(gè)另外復(fù)合元件鄰接或接觸。體結(jié)構(gòu)可以由包括五個(gè)復(fù)合元件的單元形成，特別是環(huán)繞一個(gè)核心元件設(shè)置。在優(yōu)選方式中，每個(gè)單元都與五個(gè)其他單元鄰接或接觸。
體結(jié)構(gòu)可以通過(guò)下述方式提供，其中每個(gè)復(fù)合元件設(shè)置成與六個(gè)另外復(fù)合元件鄰接或接觸設(shè)置。體結(jié)構(gòu)可以由包括六個(gè)復(fù)合元件的單元形成。核心元件可以設(shè)置在六個(gè)復(fù)合元件之間。六個(gè)復(fù)合元件以均勻間隔環(huán)繞核心元件。在優(yōu)選方式中，每個(gè)單元都與六個(gè)其他的單元鄰接或接觸。
包括具有單元和體結(jié)構(gòu)的鄰接復(fù)合元件可以通過(guò)在彼此相對(duì)方向環(huán)繞第二元件纏繞的第一元件而提供。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)構(gòu)設(shè)置為由第一復(fù)合元件以及另一復(fù)合元件形成，第一復(fù)合元件具有在一個(gè)方向纏繞第二元件的第一元件，而另一復(fù)合元件具有在另一方向纏繞第二元件的第一元件。在優(yōu)選方式中，至少一個(gè)復(fù)合元件順時(shí)針纏繞，且至少一個(gè)復(fù)合元件逆時(shí)針纏繞，在理想情況下，以便兩個(gè)彼此相對(duì)的復(fù)合元件為彼此鏡像。核心元件可以設(shè)置在兩個(gè)或更多的復(fù)合元件之間。
在本發(fā)明的可選擇實(shí)施方式中，結(jié)構(gòu)設(shè)置為由兩個(gè)或更多的復(fù)合元件形成，其中復(fù)合元件中的兩個(gè)或更多或全部都具有在同樣的方向環(huán)繞第二元件纏繞的第一元件，以便其不為鏡像。核心元件可以設(shè)置在兩個(gè)或更多的復(fù)合元件之間。
此結(jié)構(gòu)可以設(shè)置有一個(gè)或更多的核心元件，特別是設(shè)置在至少兩個(gè)復(fù)合元件之間的核心元件。核心元件可以為纖維。核心元件可以為實(shí)心或中空。中空的核心元件可以包含附加材料或填充有附加材料。核心元件和/或附加材料可以由另外的增長(zhǎng)材料形成。第一元件和/或第二元件可以與核心元件分離。所有三個(gè)元件可以彼此分離。在優(yōu)選方式中，第一和第二元件設(shè)置為以便元件彼此沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。核心元件也可以設(shè)置在復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)，以便不會(huì)出現(xiàn)核心元件超過(guò)第一和/或第二元件上的運(yùn)動(dòng)。
此結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)和多個(gè)基體元件。基體元件可以為或可以包括硅氧烷泡沫、聚氨酯泡沫或其他此類(lèi)材料。在優(yōu)選方式中，基體元件與所有復(fù)合元件接觸，或至少與第一和/或第二元件接觸?；w元件可以通過(guò)在第一元件上的拉伸或壓縮載荷的變化變形，和/或可以阻止由載荷變化造成的第二元件的運(yùn)動(dòng)?；w元件可以使第二元件返回到在載荷變化之前其占據(jù)的徑向位置。基體元件可以放大結(jié)構(gòu)和/或材料的負(fù)泊松比或增長(zhǎng)效應(yīng)。
在優(yōu)選方式中，拉伸載荷的增加或壓縮載荷的減少使得第一元件變?yōu)楦泳€性，而第二載荷變?yōu)檩^少的線性。在優(yōu)選方式中，拉伸載荷的減少或壓縮載荷的增加使得第一元件變?yōu)檩^少的線性，而第二載荷變?yōu)楦泳€性。
此結(jié)構(gòu)可以吸收能量，例如適合于吸收沖擊和/或吸音應(yīng)用。此結(jié)構(gòu)可以形成或編織成汽車(chē)零件、運(yùn)動(dòng)設(shè)備、航空航天元件、造型元件、壓電材料、紡織品、編織品等。在具體情況下，結(jié)構(gòu)可以形成或編織成汽車(chē)緩沖器、汽車(chē)內(nèi)部件、汽車(chē)和航空航天輪胎、用于飛行服裝的管子、身體盔甲、用于修復(fù)術(shù)或其他醫(yī)學(xué)使用的生物材料、填料、用于電子裝置的阻尼材料，包括手持裝置、個(gè)人計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、照相機(jī)等。
此結(jié)構(gòu)還可以在有關(guān)目的為支撐重物或強(qiáng)迫穿過(guò)寬的表面面積的拉緊載荷的應(yīng)用中起作用。此復(fù)合結(jié)構(gòu)可以形成或編織成用于胎殼結(jié)構(gòu)的網(wǎng)、帶、紡織品、編織品等。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，其提供了一種用于制作具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件的方法，所述方法包括步驟形成第一元件；形成第二元件；例如通過(guò)纏繞和/或旋紡和/或覆蓋以施加第一元件環(huán)繞第二元件一圈或更多圈，所述一圈或更多圈沿第二元件的縱向間隔。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于制作具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件的方法，所述方法包括步驟形成第一元件；形成第二元件；例如通過(guò)纏繞和/或旋紡和/或覆蓋以施加第一元件環(huán)繞第二元件一圈或更多圈，第一元件的彈性模量大于第二元件的彈性模量。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，其提供了一種用于制作具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件的方法，所述方法包括步驟形成第一元件；形成第二元件；第一元件和第二元件相對(duì)于一軸線縱向延伸，以螺旋的方式例如通過(guò)纏繞和/或旋紡和/或覆蓋以施加第一元件環(huán)繞第二元件，第一元件上的拉伸或壓縮載荷的變化使得第一元件的螺旋的直徑隨之發(fā)生變化，第一元件的螺旋的直徑的變化使得第二元件具有螺旋形式和/或使得第二元件的螺旋的直徑產(chǎn)生變化，第二元件的螺旋的直徑隨著第一元件的螺旋的直徑的減少而增加，第二元件的螺旋的直徑隨著第一元件的螺旋的直徑的增加而減少。
本發(fā)明的第四和/或第五和/或第六方面可以包括在本文中任何地方說(shuō)明的選擇的特征或可能性，具體說(shuō)明如下第一元件和/或第二元件和/或核心元件可以例如通過(guò)有或沒(méi)有張力的模具擠出或拉擠(pultruded)成。第一元件和/或第二元件和/或核心元件可以通過(guò)噴絲頭或類(lèi)似的螺旋纏繞/覆蓋裝置形成。第二元件可以在第一元件環(huán)繞第二元件纏繞的同時(shí)伸展。
第一元件和/或第二元件可以形成，然后被施用例如被纏繞。第一元件也可以在其形成時(shí)環(huán)繞第二元件施加。第一元件和第二元件可以形成復(fù)合元件。兩個(gè)或多個(gè)復(fù)合元件可以捆扎在一起。復(fù)合元件可以捆扎在一起例如通過(guò)將其環(huán)繞一個(gè)或更多的核心元件進(jìn)行包裝以形成結(jié)構(gòu)。
上述方法可以包括設(shè)置或不設(shè)置用于一個(gè)或更多元件的空間(void)填充步驟的基體。此空間可以用纖維和/或填充材料或基體填充。硅氧烷泡沫、聚氨酯泡沫液硅橡膠、天然橡膠和其他人造或天然材料可以用于形成基體或起到空間填料的作用。
第一元件和/或第二元件，或由此制作的復(fù)合元件，或由此制作的結(jié)構(gòu)或束，可以編制為以便制作結(jié)構(gòu)，或可以進(jìn)入到模鑄過(guò)程以形成體結(jié)構(gòu)。
下面將參照相應(yīng)的附圖對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，其中圖1a是顯示增長(zhǎng)材料的第一現(xiàn)有技術(shù)形式的說(shuō)明視圖；圖1b是顯示增長(zhǎng)材料的第二現(xiàn)有技術(shù)形式的說(shuō)明視圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明在未拉緊/局部拉緊狀態(tài)下的增長(zhǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)的視圖；圖3是顯示在拉緊狀態(tài)下圖2的復(fù)合結(jié)構(gòu)的視圖；圖4是顯示沿軸線X-X剖開(kāi)的示意性截面視圖；圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的可選擇性的增長(zhǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)的示意性截面視圖；圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明的可選擇性的增長(zhǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)的示意性截面視圖并提供了主體居中的格子的設(shè)置；圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的緊密填充的增長(zhǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置的示意性視圖；圖8a到8f是顯示在各種拉緊程度下的本發(fā)明的典型實(shí)施方式的各種視圖；以及圖9a和9b是顯示用于分別在未拉緊和局部拉緊形式下的第一元件的投影角度的視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的目的在于提供用于一種增長(zhǎng)材料的改進(jìn)結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)技術(shù)，以及改進(jìn)的增長(zhǎng)材料本身。應(yīng)該注意，在使用術(shù)語(yǔ)“材料”的地方，應(yīng)該注意的是，其包括在其他可能性下的紡織品和編織品(fabrics)。
增長(zhǎng)材料為具有負(fù)值的實(shí)際或有效泊松比。這就是說(shuō)，當(dāng)拉伸載荷施加到增長(zhǎng)材料以沿第一軸線拉伸時(shí)，其沿垂直于所述第一軸線的第二軸線擴(kuò)展。如果沿材料的軸線施加壓縮載荷且壓縮導(dǎo)致沿垂直于第一軸線的第二軸線的寬度減少，材料也是增長(zhǎng)性的。這與具有正泊松比的大多數(shù)材料的性能相反。材料的泊松比由相對(duì)拉伸縱向應(yīng)變的橫向收縮應(yīng)變比予以確定。
人造增長(zhǎng)材料首先在20世紀(jì)80年代后期由松散(open)的細(xì)胞聚合體泡沫的機(jī)械變形制作而成。后來(lái)技術(shù)的目的在于制作蜂窩形式的聚合材料或由通過(guò)小纖維連接的顆粒形成的材料。
圖1a中說(shuō)明了蜂窩形式的增長(zhǎng)聚合材料的實(shí)施例。沿軸線X-X施加的拉伸載荷使得莖干1和3移動(dòng)離開(kāi)。然而，此運(yùn)動(dòng)使得莖干5和7伸直，因此增加莖干9和11的分離。結(jié)果是材料沿垂直于軸線X-X的軸Y-Y增加材料的范圍。
圖1b顯示了基于增長(zhǎng)聚合材料的顆粒和小纖維的實(shí)施例。這提供了一系列通過(guò)小纖維15連接的顆粒13。纖維15通常通過(guò)擠出和/或隨后的旋壓加工由與顆粒13同樣的材料制作。此外，沿軸線X-X分離的移動(dòng)顆粒13a和13b使得小纖維15a、15b伸直，因此增加顆粒13c和13d的分離。因此發(fā)生沿垂直于軸線X-X的軸線Y-Y范圍的材料的增加。此材料利用壓緊和燒結(jié)階段制作，或如同WO 00/53830說(shuō)明的一樣，通過(guò)局部熔化以及然后擠出單一的聚合材料制作。
已經(jīng)提出了用于制作增長(zhǎng)材料的各種技術(shù)，其很廣泛的變化的形式和負(fù)泊松比的等級(jí)。然而，在許多情況下，生產(chǎn)方法復(fù)雜，且通常只適合于制作很少量的具有不確定的一致性的增長(zhǎng)材料。在其他情況下，由單一材料形成的材料的加工、表面熔化和擠出的性質(zhì)都導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上遠(yuǎn)低于先前技術(shù)和本說(shuō)明的圖1a和1b的其簡(jiǎn)要說(shuō)明包含的內(nèi)容的材料。其中遇到了顆粒的交聯(lián)、不完整的小纖維結(jié)構(gòu)、非離散顆粒以及其他問(wèn)題。同樣存在的重要困難在于將此先前技術(shù)的增長(zhǎng)材料樣品轉(zhuǎn)成有用的形狀和形式。
本發(fā)明尋找了解決這些問(wèn)題的方法，并提供了一種增長(zhǎng)材料，其相對(duì)容易制作，并且在其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上具有一致性，并具有顯著和可控制的負(fù)泊松比，并可以方便地用于形成更復(fù)雜和有用的形式。
參照?qǐng)D2，本發(fā)明的增長(zhǎng)材料實(shí)際上為由多個(gè)元件組成的復(fù)合元件。在此說(shuō)明了局部拉緊的狀態(tài)。與先前技術(shù)的增長(zhǎng)材料相反，本材料由許多單獨(dú)的元件以及潛在亞地具有不同材料形式或性質(zhì)的不同元件組成。
穿過(guò)整個(gè)中心的是核心元件20。此核心元件20在結(jié)構(gòu)上總體為線性，并提供了用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的核心。核心元件20還限定結(jié)構(gòu)的軸線X-X。核心元件20的任一側(cè)為第一元件22a、22b。第一元件22a、22b與第二元件24a、24b結(jié)合設(shè)置。在每一種情況下，第一元件22以螺旋的形式環(huán)繞第二元件24纏繞。也就是說(shuō)，第一元件22隨著沿元件22、24的前進(jìn)接觸第二元件24圓周的不同部分。作為此纏繞的結(jié)果，第一元件22至少具有隨著沿軸線X-X的位置變化的相對(duì)軸線X-X的位移的范圍。因此，在位置28處的位移大于位置26處的位移。
另一第一元件22b相對(duì)軸線X-X的位移范圍與沿軸線X-X的同樣位置26、28等的同樣范圍，但位移方向?yàn)橄鄬?duì)軸線X-X的相反方向。因此，第一元件22b的部分32彼此靠近且第一元件22b的部分30相對(duì)遠(yuǎn)離。這通過(guò)在相反方向環(huán)繞第二元件24a、24b纏繞予以實(shí)現(xiàn)。
在上述說(shuō)明的情況下，第一元件22和第二元件24都具有隨著沿軸線X-X的位置變化相對(duì)軸線X-X的位移。因此，整個(gè)復(fù)合元件提供了用于給定尺寸的通孔34。
總體形式可以在圖4沿軸線X-X觀看的截面視圖中清楚地看出。在此截面視圖中，第一元件22在點(diǎn)A開(kāi)始并向上前進(jìn)并越過(guò)第二元件24到達(dá)點(diǎn)B，然后，下降另一個(gè)在第二元件24內(nèi)以到達(dá)點(diǎn)C。在核心元件的相對(duì)側(cè)具有鏡像。在此沒(méi)有顯示第一元件22的全部過(guò)渡過(guò)程和第二元件24的整個(gè)范圍。
在使用過(guò)程中，如圖3所示，如果將平行于軸線X-X的拉伸載荷施用到復(fù)合元件的第一元件22，則載荷將使第一元件22由其螺旋結(jié)構(gòu)伸直到較直或甚至是平直的結(jié)構(gòu)。在圖3中，核心元件20仍然占據(jù)著復(fù)合元件的中心，而第一元件22仍然纏繞第二元件24。然而，第一元件22的伸直造成由第二元件24形成的螺旋直徑的增加。第二元件24遠(yuǎn)離軸線X-X的位移水平具有沿軸Y-Y相應(yīng)增加復(fù)合元件總體范圍的凈效應(yīng)。開(kāi)口34的尺寸也顯著增加。
作為用于第一元件22和第二元件24兩者的可選擇的螺旋形式，可以提供另一功能復(fù)合元件，其利用線性的第二元件24并隨著沿長(zhǎng)度的位移變化纏繞第一元件22。此種形式在圖中沒(méi)有顯示。在此情況下，拉伸載荷的施用將再次使第一元件22伸直，因此使第二元件24由線性移動(dòng)為螺旋形式。因此，也會(huì)出現(xiàn)在垂直于拉伸載荷的方向上的范圍的增加。
雖然在圖2、3和4中顯示出了用于核心元件20、第一元件22和第二元件24的不同相對(duì)尺寸，無(wú)論是不同元件彼此的絕對(duì)尺寸還是在相對(duì)尺寸方面，各種不同范圍的尺寸都有可能。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，核心元件20本身為進(jìn)一步的增長(zhǎng)元件或材料，但也可以為中或低模量的彈性桿。比較理想的是核心元件可以變形但不折斷。適合的材料包括硅氧烷、液硅橡膠、天然橡膠、丁腈橡膠或無(wú)論是天然還是人造的任何其他彈性材料。在核心元件為中空管的情況下，所述管可以包含可以是或不是增長(zhǎng)性的附加材料，而附加材料可以具有相對(duì)所述管的不同的性質(zhì)。第一元件理想為高彈性模量材料，例如碳纖維、凱夫拉爾(Kevlar)、玻璃纖維或金屬絲。第二元件更理想為天然彈性體。然而，根據(jù)所需的性質(zhì)，獲得的復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和規(guī)模，可以使用很寬范圍的材料。此外，進(jìn)一步的可能性將在本說(shuō)明的后部分進(jìn)行概要說(shuō)明。
圖2、3和4的復(fù)合元件實(shí)際上為從其上可以形成較大結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。
在圖5中，以截面端視圖的形式說(shuō)明了一可選擇結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)為在以上圖2、3和4中說(shuō)明的為本發(fā)明的形式并使用同樣的原理的結(jié)構(gòu)的放擴(kuò)展形式。在此情況下，所述結(jié)構(gòu)的再一個(gè)特征為中心核心元件20，但環(huán)繞核心元件20的圓周均勻地間隔設(shè)置有六個(gè)第二元件24。每個(gè)第二元件24都設(shè)置有纏繞其的第一元件22。另外，第一元件的從沿結(jié)構(gòu)的中心延伸的軸線位移范圍與在沿所述軸線同樣位置的每個(gè)第一元件相同。用于每個(gè)元件的位移的方向徑向遠(yuǎn)離軸線。在此結(jié)構(gòu)的情況下，拉伸載荷的施用使其在徑向遠(yuǎn)離核心元件20的所有方向上擴(kuò)展。同樣的設(shè)置可以利用多于或少于六個(gè)第一和第二元件的組合構(gòu)成。
雖然在與圖2、3、4和5相關(guān)的說(shuō)明的結(jié)構(gòu)提供負(fù)泊松比材料，本發(fā)明最有用的形式在于由此單元形成的成品物體以形成例如編織品、薄板、編織物品、非編織物品的成型。這些成型包括使用上述多種結(jié)構(gòu)形式或其他此類(lèi)結(jié)構(gòu)。
在圖6顯示的情況下，每個(gè)核心元件20都環(huán)繞四個(gè)第一元件22和四個(gè)第二元件24，這些都彼此纏繞以給出前面所述的組合體。四個(gè)組合體環(huán)繞核心元件20均勻地設(shè)置。通過(guò)提供此方式的大量結(jié)構(gòu)，形成主體居中的格子結(jié)構(gòu)。
在圖7顯示的情況下，每個(gè)核心元件20都環(huán)繞六個(gè)第一元件22和第二元件24的組合體。另外，六個(gè)組合體環(huán)繞核心元件20均勻設(shè)置，結(jié)果提供緊密包裝設(shè)置。相似的設(shè)置可以利用多于或少于六個(gè)第一和第二元件的組合體構(gòu)成。
這些或其他包裝形式允許產(chǎn)生具有增長(zhǎng)特性的基本結(jié)構(gòu)。最重要的是，當(dāng)與先前的生產(chǎn)技術(shù)比較時(shí)，增長(zhǎng)結(jié)構(gòu)由多個(gè)元件組裝成，其利用各種現(xiàn)有的且相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的設(shè)備設(shè)計(jì)的變形，很適合批量生產(chǎn)。例如，可以擠出核心元件并利用噴絲頭(spinerettes)產(chǎn)生第一元件和第二元件的組合體。用于所需形式的第一元件和第二元件的組合體可以環(huán)繞核心元件裝配。以此方式設(shè)置的多個(gè)組合體的裝配給出了所需的體積結(jié)構(gòu)。
除了由核心、第一和第二元件產(chǎn)生的材料復(fù)合外，還可以包括補(bǔ)充材料。在優(yōu)選形式中，此結(jié)構(gòu)的增長(zhǎng)性質(zhì)通過(guò)用硅氧烷泡沫、聚氨酯泡沫體或其他低彈性模量的材料填充結(jié)構(gòu)中的空間以進(jìn)行補(bǔ)充。其他的元件或彈性桿可以包含在上述空間中。還可以利用工業(yè)規(guī)模的加工過(guò)程使此材料進(jìn)入到形成的產(chǎn)品中。
應(yīng)該注意，本發(fā)明圖2、3和4說(shuō)明了下述結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被張緊以增加其垂直于拉緊力的軸線的范圍。其完全可能使材料進(jìn)行預(yù)拉緊或預(yù)拉伸，并當(dāng)應(yīng)變/張力被釋放和/或當(dāng)施加壓縮時(shí)，顯示其增長(zhǎng)性質(zhì)。
除了關(guān)于由此材料顯示的負(fù)泊松比的水平的數(shù)學(xué)計(jì)算外，申請(qǐng)者還能實(shí)驗(yàn)顯示此特性。
參照?qǐng)D8a到8f，其提供了根據(jù)本發(fā)明的典型結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)由在圖8a中說(shuō)明的兩個(gè)復(fù)合元件100形成。兩個(gè)復(fù)合元件100設(shè)置為彼此接近，且每個(gè)都包括具有第一元件102纏繞的第二元件104。第一元件102在相反的方向纏繞。此結(jié)構(gòu)的未拉緊狀態(tài)顯示在圖8b中。
當(dāng)張緊力作用到結(jié)構(gòu)時(shí)，可以看出增長(zhǎng)的性質(zhì)，在圖8c中，縱向10mm的應(yīng)變給出了元件之間間隙的擴(kuò)展。圖8d為縱向15mm的應(yīng)變，圖8e為縱向20mm的應(yīng)變，以及圖8f為縱向25mm的應(yīng)變給出了由于結(jié)構(gòu)的側(cè)面擴(kuò)展造成間隙增加。
上述效果清晰地顯示圖9a和9b中，其比較第一元件的軸線相對(duì)垂直于此結(jié)構(gòu)的核心軸線的投影角。在此情況下，在未拉緊的狀態(tài)，觀測(cè)為62°的角，而在局部拉緊狀態(tài)，觀測(cè)為74.5°的角。
另外，利用各種元件的形式產(chǎn)生此構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，可以在大規(guī)?；A(chǔ)上生產(chǎn)此結(jié)構(gòu)。宏觀的桿和纖維可以用于形成適用于各種用途的大量元件結(jié)構(gòu)。在規(guī)模意義上的另一方面，各種有機(jī)聚合體、無(wú)機(jī)聚合體或無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)可以用于實(shí)現(xiàn)分子級(jí)尺寸的增長(zhǎng)材料。
通過(guò)本發(fā)明提供的增長(zhǎng)復(fù)合元件和結(jié)構(gòu)提供了各種有益的性能。具體地說(shuō)，與傳統(tǒng)材料相比，此結(jié)構(gòu)提供增強(qiáng)的剪切模量、斷裂韌度、壓電特性、抗壓痕性、熱抗沖擊性、撞擊吸收性、抗磨損性以及能量吸收性。根據(jù)本發(fā)明的有用增長(zhǎng)復(fù)合元件和結(jié)構(gòu)可以提供單一材料的沖擊和吸音性能。對(duì)于這些材料也具有顯示在軸向和徑向不同性質(zhì)的各向異性效應(yīng)的潛在能力。
此復(fù)合元件和結(jié)構(gòu)顯示了具有作為紡織材料用于廣泛用途的特殊用途。由于其具有同向能力(沿兩個(gè)方向點(diǎn)指向相同的路線以形成彎曲的能力)，本發(fā)明的增長(zhǎng)結(jié)構(gòu)在紡織品的聯(lián)系(context)中特別有用。這樣也使此紡織品對(duì)于其接觸的其他產(chǎn)品特別匹配。這對(duì)于無(wú)論是非衣服例如安全帽襯，還是衣服型的應(yīng)用場(chǎng)合例如舒適的身體盔甲或衣服帶和/或皮帶都很實(shí)用。
用于此合成物和結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例包括所需的抗壓痕性或吸收沖擊能力的場(chǎng)合，包括汽車(chē)緩沖器、汽車(chē)內(nèi)部元件以及模具體零件。這些性能還使得此結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域中有用，在以衣服或其它設(shè)備形式的沖擊保護(hù)期望的。此設(shè)備包括頭保護(hù)、脛骨墊、其他墊或類(lèi)似物。
由提供上述性能的相同材料提供聲阻尼的能力一樣有用，因?yàn)橄惹靶枰渲幸粋€(gè)著眼于一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)獨(dú)立的材料。
本發(fā)明的材料還提供了其適用于在振動(dòng)、聲阻尼或抗壓痕性等方面保護(hù)手持的電子裝置、移動(dòng)電話、照相機(jī)、視頻設(shè)備等。
其他潛在的應(yīng)用包括在輪胎、醫(yī)用縫合、具有增強(qiáng)性能的復(fù)合元件(特別通過(guò)降低的纖維的拉出失效(pull-out failure))、電子傳感器(特別通過(guò)壓力傳感器或光學(xué)感應(yīng)材料的結(jié)構(gòu))、座椅安全帶、行李帶、衣服帶、雙彎曲材料、活性材料(具體為過(guò)濾器)、活性紡織品、增強(qiáng)的減小磨損應(yīng)用、熱沖擊應(yīng)用等。
在此具有許多可以制造此材料的潛在方法，這些方法包括編織、針織、旋紡(spinning)、擠出以及刺繡，以及各種編織和非編織技術(shù)。
權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)1.一種具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件，所述復(fù)合元件包括第一元件和第二元件，所述第一元件和第二元件相對(duì)一軸線縱向延伸，所述第一元件環(huán)繞第二元件纏繞一圈或多圈，所述一圈或多圈相對(duì)所述軸線縱向間隔，所述第一元件上的拉伸載荷的變化使得所述第二元件相對(duì)所述軸線的徑向位置產(chǎn)生變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合元件，其特征在于所述第一元件具有比所述第二元件高的彈性模量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合元件，其特征在于所述第一元件設(shè)置成以螺旋方式環(huán)繞所述第二元件，所述第一元件上的拉伸或壓縮載荷的變化使得所述第一元件的螺旋的直徑隨之產(chǎn)生變化，所述第一元件的螺旋的直徑的變化使得所述第二元件具有螺旋的形式和/或使第二元件的螺旋的直徑產(chǎn)生變化，所述第二元件的螺旋的直徑隨著第一元件的螺旋的直徑的減少而增加，所述第二元件的螺旋的直徑隨著所述第一元件的螺旋的直徑的增加而減少。
4.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合元件，其特征在于所述第一元件通過(guò)施加和/或纏繞和/或覆蓋和/或旋紡來(lái)環(huán)繞第二元件設(shè)置。
5.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合元件，其特征在于所述第一元件為具有相對(duì)高模量材料的纖維、桿或中空管，以及所述第二材料是與第一元件材料相比為中或低模量材料的纖維、桿或中空管。
6.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合元件，其特征在于所述軸線設(shè)置成通過(guò)核心元件。
7.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合元件，其特征在于當(dāng)載荷變化時(shí)，徑向位置的變化隨著第二元件的至少一部分相對(duì)于所述軸線的位移增加，當(dāng)載荷為拉伸載荷時(shí)，所述變化為增加，當(dāng)載荷為壓縮載荷時(shí)，所述變化為減少。
8.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合元件，其特征在于當(dāng)載荷變化時(shí)，徑向位置的變化隨著第二元件的至少一部分從所述軸線的位移減少，當(dāng)載荷為拉伸載荷時(shí)，所述變化為減少，當(dāng)載荷為壓縮載荷時(shí)，所述變化為增加。
9.一種結(jié)構(gòu)，包括根據(jù)權(quán)利要求1到8任何一項(xiàng)設(shè)置的兩個(gè)或更多的復(fù)合元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)包括至少一對(duì)復(fù)合元件，每個(gè)復(fù)合元件都包括第一元件和第二元件，所述成對(duì)的復(fù)合元件可以設(shè)置成彼此鄰接或彼此接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)可以通過(guò)重復(fù)包括多個(gè)復(fù)合元件的單元來(lái)形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9到11任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)通過(guò)設(shè)置每個(gè)復(fù)合元件與兩個(gè)或更多的另外復(fù)合元件鄰接或接觸而獲得，以便形成平面或薄板型結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9到11中任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)通過(guò)設(shè)置每個(gè)復(fù)合元件與四個(gè)或更多的另外復(fù)合元件鄰接或接觸而獲得。
14.根據(jù)權(quán)利要求9到13中任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于鄰接的復(fù)合元件設(shè)置有在彼此相對(duì)的方向環(huán)繞第二元件纏繞的第一元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求9到14中任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)設(shè)置有一個(gè)或更多的核心元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述核心元件為纖維和/或?yàn)閷?shí)心或空心。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于全部三個(gè)元件設(shè)置為以便元件彼此具有有限的運(yùn)動(dòng)或沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求9到17中任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或更多的基體元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述基體元件通過(guò)載荷的變化阻止第二元件的運(yùn)動(dòng)和/或促使第二元件返回到其在載荷變化之前占據(jù)的徑向位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求9到19任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)能夠吸收能量，例如吸收沖擊和/或吸音。
21.一種用于制作具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件的方法，所述方法包括步驟形成第一元件；形成第二元件；例如通過(guò)纏繞和/或旋紡和/或覆蓋以施加第一元件環(huán)繞第二元件一圈或更多圈，所述一圈或更多圈沿所述第二元件縱向間隔。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述第一元件的彈性模量大于所述第二元件的彈性模量。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法，其特征在于包括步驟以螺旋方式施加第一元件環(huán)繞第二元件，所述第一元件上的拉伸或壓縮載荷的變化使得所述第一元件的螺旋的直徑隨之發(fā)生變化，所述第一元件的螺旋的直徑的變化使得所述第二元件具有螺旋形式和/或使得第二元件的螺旋的直徑產(chǎn)生變化，所述第二元件的螺旋的直徑隨著所述第一元件的螺旋的直徑的減少而增加，所述第二元件的螺旋的直徑隨著所述第一元件的螺旋的直徑的增加而減少。
權(quán)利要求
1.一種具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件，所述復(fù)合元件包括第一元件和第二元件，所述第一元件和第二元件相對(duì)一軸線縱向延伸，所述第一元件環(huán)繞第二元件纏繞一圈或多圈，所述一圈或多圈相對(duì)所述軸線縱向間隔，所述第一元件上的拉伸載荷的變化使得所述第二元件相對(duì)所述軸線的徑向位置產(chǎn)生變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件，其特征在于所述復(fù)合元件包括第一元件和第二元件，所述第一元件和第二元件相對(duì)一軸線縱向延伸，所述第一元件纏繞所述第二元件一圈或多圈，所述第一元件比所述第二元件具有更高的彈性模量，所述第一元件上的拉伸或壓縮載荷的變化使得所述第二元件相對(duì)所述軸線的徑向位置產(chǎn)生變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件，其特征在于所述復(fù)合元件包括第一元件和第二元件，所述第一元件和第二元件相對(duì)一軸線縱向延伸，所述第一元件以螺旋的方式纏繞所述第二元件，所述第一元件上的拉伸和壓縮載荷的變化使得所述第一元件的螺旋的直徑產(chǎn)生變化，所述第一元件的螺旋直徑的變化使得所述第二元件具有螺旋的形式和/或使第二元件的螺旋的直徑變化，所述第二元件螺旋直徑隨著第一元件螺旋直徑的減少而增加，所述第二元件螺旋直徑隨著第一元件螺旋直徑的增加而減少。
4.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合元件，其特征在于所述第一元件通過(guò)施加和/或纏繞和/或覆蓋和/或旋紡來(lái)環(huán)繞第二元件設(shè)置。
5.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合元件，其特征在于所述第一元件為具有相對(duì)高模量材料的纖維、桿或中空管，以及所述第二材料是與第一元件材料相比為中或低模量材料的纖維、桿或中空管。
6.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合元件，其特征在于所述軸線設(shè)置成通過(guò)核心元件。
7.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合元件，其特征在于當(dāng)載荷變化時(shí)，徑向位置的變化隨著第二元件的至少一部分相對(duì)于所述軸線的位移增加，當(dāng)載荷為拉伸載荷時(shí)，所述變化為增加，當(dāng)載荷為壓縮載荷時(shí)，所述變化為減少。
8.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合元件，其特征在于當(dāng)載荷變化時(shí)，徑向位置的變化隨著第二元件的至少一部分從所述軸線的位移減少，當(dāng)載荷為拉伸載荷時(shí)，所述變化為減少，當(dāng)載荷為壓縮載荷時(shí)，所述變化為增加。
9.一種結(jié)構(gòu)，包括根據(jù)權(quán)利要求1到8任何一項(xiàng)設(shè)置的兩個(gè)或更多的復(fù)合元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)包括至少一對(duì)復(fù)合元件，每個(gè)復(fù)合元件都包括第一元件和第二元件，所述成對(duì)的復(fù)合元件可以設(shè)置成彼此鄰接或彼此接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)可以通過(guò)重復(fù)包括多個(gè)復(fù)合元件的單元來(lái)形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9到11任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)通過(guò)設(shè)置每個(gè)復(fù)合元件與兩個(gè)或更多的另外復(fù)合元件鄰接或接觸而獲得，以便形成平面或薄板型結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9到11中任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)通過(guò)設(shè)置每個(gè)復(fù)合元件與四個(gè)或更多的另外復(fù)合元件鄰接或接觸而獲得。
14.根據(jù)權(quán)利要求9到13中任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于鄰接的復(fù)合元件設(shè)置有在彼此相對(duì)的方向環(huán)繞第二元件纏繞的第一元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求9到14中任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)設(shè)置有一個(gè)或更多的核心元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述核心元件為纖維和/或?yàn)閷?shí)心或空心。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于全部三個(gè)元件設(shè)置為以便元件彼此具有有限的運(yùn)動(dòng)或沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求9到17中任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或更多的基體元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述基體元件通過(guò)載荷的變化阻止第二元件的運(yùn)動(dòng)和/或促使第二元件返回到其在載荷變化之前占據(jù)的徑向位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求9到19任何一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)能夠吸收能量，例如吸收沖擊和/或吸音。
21.一種用于制作具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件的方法，所述方法包括步驟形成第一元件；形成第二元件；例如通過(guò)纏繞和/或旋紡和/或覆蓋以施加第一元件環(huán)繞第二元件一圈或更多圈，所述一圈或更多圈沿所述第二元件縱向間隔。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述制作具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件的方法，其特征在于所述方法包括步驟形成第一元件；形成第二元件；例如通過(guò)纏繞和/或旋紡和/或覆蓋以施加第一元件環(huán)繞所述第二元件一圈或更多圈，所述第一元件的彈性模量大于所述第二元件的彈性模量。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述制作具有負(fù)有效泊松比的復(fù)合元件的方法，其特征在于所述方法包括步驟形成第一元件；形成第二元件；第一元件和第二元件相對(duì)一軸縱向延伸，以螺旋方式例如通過(guò)纏繞和/或旋紡和/或覆蓋以施加第一元件環(huán)繞第二元件，第一元件上的拉伸或壓縮載荷的變化使得所述第一元件的螺旋直徑隨著發(fā)生變化，所述第一元件的螺旋的直徑的變化使得所述第二元件具有螺旋形式和/或使得第二元件的螺旋的直徑產(chǎn)生變化，所述第二元件的螺旋的直徑隨著所述第一元件的螺旋的直徑的減少而增加，所述第二元件的螺旋的直徑隨著所述第一元件的螺旋的直徑的增加而減少。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復(fù)合元件、結(jié)構(gòu)以及用于制作復(fù)合元件方法，此復(fù)合元件具有負(fù)效應(yīng)的泊松比，復(fù)合元件包括第一元件和第二元件，第一元件和第二元件相對(duì)一軸線縱向延伸，第一元件設(shè)置為環(huán)繞第二元件一圈或多圈，所述一圈或多圈相對(duì)于所述軸線縱向間隔，所述第一元件上的拉伸載荷的變化使得第二元件相對(duì)所述軸線的徑向位置產(chǎn)生變化。
文檔編號(hào)D02G3/38GK1768176SQ200480008842
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月29日
發(fā)明者帕特里克·巴里·胡克, 肯尼思·E·埃文斯, 喬納森·保羅·漢寧頓, 克萊爾·哈特曼-湯姆遜, 蒂莫西·雷克斯·邦斯 申請(qǐng)人:道科寧有限公司