ДИНАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, ВНЕДРЯЕМЫЕ В ИЗДЕЛИЯ КАК ЕДИНОЕ ЦЕЛОЕ С НИМИ, ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФИЗИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ
DYNAMIC MATERIALS INTRODUCED IN PRODUCTS AS WHOLE WITH THEM TO ACHIEVE ADJUSTED CHARACTERISTICS OF PHYSICAL PERMEABILITY

Характеристика предшествующего уровня техники
Динамические материалы - это материалы, которые способны изменять форму в ответ на стимулирующее воздействие. Стимулирующее воздействие может быть в форме тепловой энергии (или недостатка ее), содержания влаги (или недостатка ее), света (или недостатка его), электрического тока (или недостатка его), магнитного влияния (или недостатка его); возможны и другие формы стимулирующего воздействия.
Краткое изложение существа изобретения
Аспекты данного изобретения относятся к системам и способам введения динамических материалов в изделия как единого целого с этими изделиями для достижения регулируемых физических характеристик (например, эстетических, функциональных). Например, в ответ на тепло человеческого тела, динамический материал может изменять форму, чтобы обеспечить дополнительную проницаемость или полость в предмете одежды. Аналогично, в ответ на присутствие влаги, предмет одежды может закрывать вентиляционный проем, предотвращая проникновение дождя во внутреннюю часть этого предмета. Материал с изменением формы может изменять форму, оказывая влияние лишь на конструктивный элемент, выполненный из материала с изменением формы. Кроме того, предполагается, что материал с изменением формы может изменять форму, оказывая влияние на геометрическую структуру изделия в целом (например, на выступы, впадины, вентиляционные проемы, и т.д.).
Этот раздел «Краткое изложение существа изобретения» представлен для того, чтобы ввести в упрощенной форме ряд понятий, которые будут дополнительно описаны ниже в разделе «Подробное описание». Этот раздел «Краткое изложение существа изобретения» не предназначен ни для идентификации ключевых признаков или существенных признаков заявляемого объекта, ни для использования в помощь при определении объема притязаний согласно заявляемому объекту.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится подробное описание иллюстративных вариантов осуществления данного изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, которые включены сюда посредством ссылки, и при этом:
на фиг. 1 изображен возможный реакционно-способный участок материала, содержащий материал основы и реакционно-способную структуру, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 2 изображена возможная реакционно-способная структура, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 3-7 изображена возможная конструкция в активном состоянии, использующая реакционно-способную структуру и не реакционно-способную структуру, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 8 изображен динамический материал, внедренный в тканый материал, имеющий множество нитей утока и нитей основы, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 9 изображен тканый материал, имеющий программируемую деформацию, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 10А-10С изображены изменяемые отверстия на выбранном участке одежды в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 11A-12B изображены возможные электрически активируемые полимеры (ЭАП), которые можно использовать в одном или нескольких предполагаемых здесь аспектах;
на фиг. 13 изображена структура с изменением формы, которая заполняет междоузельные пустоты в ответ на прикладываемое стимулирующее воздействие, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 14 изображен вид в плане геометрического материала в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 15 изображен вид в перспективе элементов из полимера с памятью формы согласно фиг. 14, простирающихся в первом направлении, и других элементов из полимера с памятью формы, простирающихся в противоположном направлении, в соответствии с аспектами данного изобретения; и
на фиг. 16-19B изображена концепция рефлекторного вентиляционного проема, предусматривающая использование динамических материалов для открывания и закрывания структуры рефлекторного вентиляционного проема, внедряемой в изделие, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 20 изображена возможная ауксетическая структура сформированных и ориентированных участков динамического материала на материале-носителе в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 21 изображена ауксетическая структура, имеющая позиционирующие линии относительно рисунка, аналогичная ауксетической структуре, рассмотренной на фиг. 20, для иллюстрации ориентации и размещения участков динамического материала друг относительно друга с целью достижения желаемого изменения в направлении Z в ответ на стимулирующее воздействие в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 22 изображен возможный треугольник зависимости, который описывает зависимость участков динамического материала в ауксетической структуре в первом состоянии и во втором состоянии, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 23 изображена ауксетическая структура в объемном состоянии, образованная из участков динамического материала и материала-носителя, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 24 изображена ауксетическая структура в объемном состоянии, аналогичная тем структурам, которые рассмотрены на фиг. 20, 21, и 23, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 25 изображена альтернативная ауксетическая структура с материалом-носителем и множеством участков динамического материала в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 26 изображен объемный вид в перспективе ауксетической структуры, имеющей рисунок динамических материалов, аналогичный тем, которые изображены на фиг. 25, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 27 изображен объемный вид в перспективе ауксетической структуры, имеющей рисунок динамических материалов, аналогичный тем, которые изображены на фиг. 25, со стороны поверхности, противоположной той, которая рассмотрена на фиг. 26, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 28 изображен возможный рисунок для ауксетической структуры, имеющей участки динамического материала, образующие простые изгибы, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 29 изображена ауксетическая структура согласно фиг. 28 в частично объемном состоянии в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 30 изображена ауксетическая структура согласно фиг. 28 в объемном состоянии в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 31 изображен возможный участок динамического материала в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 32 изображено сечение участка 3000 динамического материала вдоль линии 32-32 сечения в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 33 изображено сечение участка 3000 динамического материала вдоль линии 33-33 сечения в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 34 изображен участок динамического материала в соответствии с аспектом данного изобретения;
на фиг. 35 изображено сечение участка динамического материала вдоль линии 35-35 сечения в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 36 изображено сечение участка динамического материала вдоль линии 36-36 сечения в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 37A-37D изображено возможное расположение участка динамического материала, отклоняющего материала, и одного или нескольких материалов-носителей, в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 38 изображен ряд сегментов динамических материалов в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 39 изображена движимая проницаемая структура из динамического материала в «закрытой» ориентации в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 40 изображена движимая проницаемая структура из динамического материала в «открытой» ориентации в соответствии с аспектами данного изобретения;
на фиг. 41 изображено сечение вдоль линии 41-41 сечения согласно фиг. 40 в соответствии с аспектами данного изобретения; и
на фиг. 42 изображена движимая проницаемая структура из динамического материала в открытом состоянии в соответствии с аспектами данного изобретения;
Подробное описание изобретения
Существо вариантов осуществления данного изобретения описывается здесь с конкретностью, позволяющей удовлетворить предусмотренным законом требованиям. Вместе с тем, само описание не предназначено для ограничения объема притязаний этого патента. Наоборот, авторы изобретения предположили, что заявляемый объект также можно было бы воплотить иными путями, с включением в него отличающихся элементов или совокупностей элементов, аналогичных тем, которые описаны в этом документе, в сочетании с другими современными или будущими технологиями.
Аспекты данного изобретения относятся к системам и способам введения динамических материалов в изделия как единого целого с этими изделиями для достижения регулируемых физических характеристик (например, эстетических, функциональных). Например, в ответ на тепло человеческого тела, динамический материал может изменять форму, чтобы обеспечить дополнительную проницаемость и/или полость в предмете одежды. Аналогично, в ответ на присутствие влаги, предмет одежды может закрывать вентиляционный проем, предотвращая проникновение дождя во внутреннюю часть этого предмета. Материал с изменением формы может изменять форму, оказывая влияние только на некоторый конструктивный элемент, сформированный из материала с изменением формы. Кроме того, предполагается, что материал с изменением формы может изменять форму, что влияет на геометрическую структуру изделия в целом (например, на выступы, впадины, вентиляционные проемы и т.д.).
Предполагается многообразие механизмов, материалов, и приложений материалов. Помимо этого, можно использовать любую совокупность механизмов, материалов, и/или приложений материалов. Даже если здесь в явном виде приводится лишь одна конкретная совокупность, понятно, что можно воплотить и предположить многообразие альтернативных вариантов осуществления. Например, даже когда полимер с памятью формы описывается в связи с применением печатной краски для формирования отверстия регулируемого размера, предполагается, что в качестве альтернативной компоновки можно использовать магнитный реакционно-способный или электрически активируемый материал. Кроме того, предполагаются также другие материалы, не рассматриваемые здесь явно. Например, хотя внимание в частях нижеследующего описания может быть явно сосредоточено на веществе, подобном полимеру, предполагается, что его можно заменить любым потенциально динамическим материалом (например, металлическим, органическим или природным). Помимо этого, механизмы, о которых здесь идет речь, являются лишь возможными по своему характеру, а не ограничительными. Наоборот, механизмы, упоминаемые здесь явно, должны обеспечить ориентир в поиске потенциальных приложений одного или нескольких материалов для создания механизма, дружественного к окружающей среде. Поэтому здесь, предполагаются и предлагаются дополнительные механизмы.
Материалы, варианты нанесения материалов и/или механические структуры, предусматриваемые здесь, предполагаются - в возможном аспекте - применимыми в одном или нескольких изделиях. Изделие - это предмет одежды (например, предмет нижнего белья, рубашка, домашние штаны, носок, шляпа, перчаточное изделие, и т.д.), обуви (например, туфля, ботинок, сандалия), подкладки или средства индивидуальной защиты, декоративные элементы, уличная одежда (например, пальто, плащ и т.д.), и т.п. Поэтому предполагается, что термин «изделие» включает в себя любой компонент, который человек носит или использует и который может реагировать на одно или несколько стимулирующих воздействий, изменяя - в возможном аспекте - характеристики в результате стимулирующего воздействия.
Материалы
Динамические материалы, предположительно обеспечивающие один или несколько потенциально физических ответных откликов, включают в себя, но не в ограничительном смысле, полимеры с памятью формы, сплавы с памятью формы, электрически активируемые полимеры, магнитные реакционно-способные материалы, и т.п. Как говорилось ранее, предусматриваются дополнительные материалы, способные реагировать на одно или несколько стимулирующих воздействий. Например, предполагается, что материал, реагирующий на тепловую энергию (или тепло, генерируемое в ответ на стимулирующие воздействия), приводит к физическому изменению формы. Примерами альтернативных материалов являются те, в которых магнитное стимулирующее воздействие преобразуется в тепловую энергию, которая, в свою очередь, вызывает физическое изменение. Аналогично, предполагается, что возможен материал, эффективный для приема энергии в форме световой энергии, затем преобразуемой в тепловую энергию, для которой физическое изменение является откликом.
Полимер с памятью формы («ППФ») - это материал, который, когда прикладывается стимулирующее воздействие, снова возвращается, по меньшей мере, к одной запрограммированной форме. Запрограммированная форма - это образование (двумерное или трехмерное), которое материал запрограммирован формировать без конкретных манипуляций с ним человека или - в ином случае - машины. Например, ППФ может быть полосой шириной 25,4 мм (1 дюйм), длиной 76,2 мм (3 дюйма) и толщиной 0,794 мм (1/32 дюйма) из полимерного материала, который имеет запрограммированную форму пружинообразной спирали. В этом примере, когда к материалу, представляющему собой ППФ, прикладывают внешнее стимулирующее воздействие, такое, как тепловая энергия, этот материал выходит из текущей формы (например, плоской ленты) в запрограммированное состояние (например, пружинообразной спирали) без физической манипуляций с ним или иных формообразующих процессов. Следовательно, ППФ можно рассматривать как имеющий, по меньшей мере, две формы - первую форму, являющуюся запрограммированной формой, которую ППФ попытается принять, когда прикладывается конкретное стимулирующее воздействие, и вторую форму, являющуюся формой, отличающейся от первой формы.
Стимулирующие воздействия, которые предполагаются заставляющими такой материал, как ППФ, возвращаться к запрограммированной форме, могут представлять собой тепловую энергию (например, тепло), состояние пониженной тепловой энергии (например, холод), свет, влагу, электрическую, магнитную и другие формы энергии (недостаток энергии) и условия окружающей среды. В возможном аспекте, предполагается, что стимулирующее воздействие связано с телом человека. Например, предполагается, что изменения температуры кожи и/или влагосодержания являются стимулирующими воздействиями, достаточными для изменения формы ППФ со второй на первую, запрограммированную. В возможном аспекте, предполагается, что ППФ стимулируют к переходу из второго состояния в первое состояние в диапазоне температур от 30 градусов по Цельсию до 40 градусов по Цельсию. Также предполагается, что ППФ может иметь эффективную зону тепловой реакционной способности, которая находится в пределах окна размером 3 градуса по Цельсию. Например, когда температура человеческой кожи изменяется от 34 градусов по Цельсию до 37 градусов по Цельсию в течение периода физической активности, ППФ реагирует посредством изменения от второй формы (например, предусматривающей наличие закрытых отверстий, наличие характеристик большей полости) к первой запрограммированной форме (например, предусматривающей наличие открытых отверстий, наличие характеристик меньшей полости). Предполагаются и другие диапазоны температур. Также предполагается стимулирующее воздействие любого типа.
Хотя вышеизложенное описание ППФ сосредоточено на материале, могущем занимать два положения (например, имеющем запрограммированную форму и любую другую форму), предполагается, что можно использовать ППФ, который может принимать три или более форм. Например, предполагается, что можно использовать ППФ, имеющий первую запрограммированную форму при первой температуре, вторую запрограммированную форму при второй температуре, и третью форму при всех остальных температурах ниже второй температуры. Полимер, могущий принимать несколько запрограммированных форм, можно формировать из композиционного материала, включающего в себя два или более ППФ, имеющих разные температуры проявления реакционных способностей или выполненных с возможностью подвергаться стимулирующему воздействию, имеющему разные интенсивности. Использование полимера, могущего принимать несколько запрограммированных форм, может обеспечить не бинарный эффект, вследствие чего - в возможном аспекте - может быть достигнута повышенная степень управления манипулированием формой.
В других возможных аспектах, материал, используемый для воплощения одной или нескольких концепций функционирования, предусматриваемых здесь, может реагировать на электронный входной сигнал, что будет подробнее рассмотрено ниже применительно к фиг. 11A-12B. Также предполагается, что материал может быть реагирующим на магнитный входной сигнал, таким, как магнитный реакционно-способный материал. Как говорилось ранее, также - как приемлемые варианты для одного или нескольких предусматриваемых здесь аспектов - предполагаются альтернативные материалы.
В возможном аспекте данного изобретения, в материале, могущем занимать два положения (или, могущем занимать больше положений) возможно использование отклоняющего материала для ускорения возврата в первое состояние из второго состояния при снятии стимулирующего воздействия. Например, ППФ, который переходит из объемного состояния, в более плоское состояние по мере увеличения температуры, может возвратиться в первое объемное состояние с помощью наслаиваемого или иным образом связываемого отклоняющего материала. В возможном аспекте, сила, прикладываемая ППФ (или любым динамическим материалом), может быть большей, чем сила механического сопротивления, прикладываемая отклоняющим материалом, и это позволяет ППФ преодолевать сопротивление, обеспечиваемое отклоняющим материалом, когда прикладывают стимулирующее воздействие достаточной интенсивности. Поэтому предполагается, что можно выбирать отклоняющий материал и манипулировать им, регулируя интенсивность ответного стимулирующего воздействия, что вызывает изменение размера ППФ. Эта регулируемость обеспечивает способность настраивать динамический материал на отклик на конкретные диапазоны стимулирующих воздействий (например, определенные диапазоны температуры тела). Отклоняющий материал можно сформировать из любого материала, такого, как динамический материал, имеющий некоторый диапазон откликов на разные стимулирующие воздействия. Также предполагается, что отклоняющий материал может быть нединамическим материалом. Кроме того, отклоняющий материал можно выбрать из некоторого количества подходящих материалов, таких, как композиционные материалы, полимеры, органические материалы, металлические материалы, и т.п.
Отклоняющий материал можно наслаивать вместе с динамическим материалом, можно выполнять как единое целое с динамическим материалом, можно располагать вблизи динамического материала, и т.п. Например, на фиг. 37A-37D изображено возможное расположение участка динамического материала, отклоняющего материала и одного или нескольких материалов-носителей в соответствии с аспектами данного изобретения.
На фиг. 37A изображен материал-носитель 3702, имеющий динамический материал 3704, расположенный на первой поверхности, и связанный с ними отклоняющий материал 3706 на противоположной поверхности. На фиг. 37B изображен материал-носитель 3708, имеющий отклоняющий материал 3712 и динамический материал 3710, расположенные на общей поверхности. Хотя отклоняющий материал 3712 изображен на фиг. 37B между материалом-носителем 3708 и динамическим материалом 3710, предполагается, что отклоняющий и динамический материалы могут быть расположены в альтернативной взаимосвязи. На фиг. 37C изображены первый материал-носитель 3714 и второй материал-носитель 3720, имеющие между собой отклоняющий материал 3718 и динамический материал 3716. И, наконец, на фиг. 37D изображен материал-носитель 3722 и второй материал-носитель 3726, поддерживающие между собой динамический материал 3724 (или - в альтернативном аспекте - отклоняющий материал). В этом возможном аспекте, отклоняющий материал 3728 расположен на поверхности второго материала-носителя 3726, противоположной той, где находится динамический материал 3724. Предполагается, что в аспектах данного изобретения можно воплотить различные расположения материалов-носителей, динамических материалов и отклоняющих материалов.
Поэтому предполагается, что динамический материал в ответ на стимулирующие воздействия возвращается к одной геометрической конфигурации (например, в первое состояние) из отличающейся геометрической конфигурации (например, из второго состояния). Отклоняющий материал может обеспечивать силу сопротивления, которая заставляет отклоняющий материал переходить во второе состояние, когда не обеспечивается достаточный уровень стимулирующего воздействия. Предполагается, что отклоняющий материал обеспечивает приложение к динамическому материалу (и другим компонентам изделия) силы, величина которой достаточна для изменения формы динамического материала на вторую форму. Вместе с тем, когда обеспечиваемое стимулирующее воздействие превышает порог уровня равновесия, динамический материал прикладывает силу, которая больше, чем сила, обеспечиваемая отклоняющим материалом. В этот переломный момент стимулирующего воздействия, форма динамического материала изменяется, становясь соответствующей первому состоянию. При снятии стимулирующего воздействия (или уменьшении его ниже порогового уровня), отклоняющий материал прикладывает увеличенную силу к динамическому материалу для возврата во второе состояние. В результате, динамический материал, могущий принимать одно-единственное состояние (т.е., имеющий одну-единственную изученную геометрию), можно - в возможном аспекте - воплотить так, что он достигнет функциональной возможности приобретения двух состояний.
Нанесение материалов
Безотносительно материала, используемого для влияния на форму в ответ на одно или несколько стимулирующих воздействий, предполагается, что нанесение материала возможно множеством способов. Например, предполагается, что материал можно надпечатывать на изделие (или на подкладочный материал, входящий в состав изделия), наносить как слоистый материал на изделие (или на подкладочный материал), внедрять в материал (например, тканый, вязаный материал) на уровне волокон и/или внедрять в материал на уровне пряжи или нитей. В рамках объема притязаний данного изобретения предполагаются и другие способы внедрения материала в изделие.
Надпечатывание материала с изменением формы обеспечивает гибкий способ нанесения, который можно воплотить с помощью ряда технологий. Например, предполагается, что динамический материал, такой, как ППФ, может быть в форме полиуретановой жидкости, которую можно надпечатывать на сформированное изделие или на материал, не являющийся ППФ, который будет введен в формируемое изделие как единое целое с ним. Процесс надпечатывания можно проводить методом трафаретной печати, традиционно используемым для нанесения нефункциональных печатных красок. Также предполагается, что для избирательного нанесения печатной краски на основе ППФ можно использовать управляемый компьютером принтер (например, принтер струйного типа).
Надпечатывание ППФ можно проводить на двумерной поверхности. В этом примере, если желательная запрограммированная форма несколько отличается от двумерной формы, предполагается, что материал, на который надпечатывают ППФ, можно затем разместить на технологической форме (например, трехмерной форме), имеющей желательную запрограммированную форму для «обучения» ППФ этой желательной запрограммированной форме. Как говорилось ранее, обучение запрограммированной форме может включать приложение к ППФ стимулирующего воздействия, эквивалентного тому, которое будет использоваться для предписания ППФ вернуться к запрограммированной форме, или большее. Например, когда стимулирующим воздействием является тепловая энергия, ППФ может научиться принимать запрограммированную форму при температуре, большей, чем температура, при которой материал возвращается к запрограммированной форме от альтернативной формы. Вследствие этого, предполагается, что технологическая форма, на которую помещают надпечатываемый ППФ, может обеспечить тепловую энергию, необходимую для того, чтобы научить форме. Также предполагается, что для приложения необходимого стимулирующего воздействия, вызывающего «регистрацию» запрограммированной формы полимером с памятью формы (ППФ), можно использовать внешний источник тепловой энергии (например, печь).
Также предполагается, что печатную краску на основе ППФ можно надпечатывать на материал, имеющий запрограммированную форму. Например, материал, на который помещают печатную краску, можно поместить на трехмерную форму до надпечатывания и когда она уже имеет нанесенный надпечатываемый материал. Поэтому, предполагается, что один или несколько участков надпечатываемого материала с печатной краской на основе ППФ надпечатывают на относительно двумерной поверхности, а потом последовательно программируют желаемую форму или надпечатывают на трехмерную поверхность в желаемой запрограммированной форме.
В возможном аспекте предполагается, что печатная краска на основе ППФ может быть полиуретановым материалом, который наносят в состоянии, подобном жидкому. После нанесения печатной краски на основе ППФ в состоянии, подобном жидкому, можно применить процесс закрепления, который приводит к закреплению печатной краски на основе ППФ с переходом ее в не жидкое состояние. Процесс закрепления можно проводить при температуре, которая тоже приводит к тому, что печатная краска на основе ППФ обучается желаемой форме. Иными словами, печатную краску на основе ППФ можно закреплять и программировать в ходе обычного процесса.
Одна или несколько предусматриваемых здесь механических структур могут обуславливать использование различных геометрических конфигураций. Например, ниже будет рассмотрена структура, подобная клетке, имеющая низкую упругость и геометрическую структуру ППФ внутри структуры, подобной клетке. В этом примере, структуру, подобную клетке, можно сформировать посредством процесса печати с использованием печатной краски или материала первого типа совместно с первым трафаретом в процессе трафаретной печати. Геометрическую структуру можно также печатать с материалом ППФ, пользуясь вторым трафаретом в процессе трафаретной печати. Поэтому предполагается, что можно наносить на общее изделие множество функциональных структур за счет использования последовательных трафаретов.
Предполагается, что второе нанесение материала является нанесением листообразного материала, такого, как слоистый материал. В возможном аспекте, ППФ представлен в листообразной форме, предусматривающей возможность нанесения на изделие. Например, многослойную структуру, сформированную с помощью ППФ, можно сцеплять с изделием, прикладывая тепло и/или давление. Процесс сцепления, во многом подобный рассмотренному во время вышеизложенных рассуждений касательно закрепления печатной краски, можно проводить в условиях, которые обеспечивают и сцепление слоистого материала, и обучение желаемой форме.
Слоистый материал можно наносить на изделие как однородный лист. Кроме того, если желаемый геометрический рисунок, который не является равномерным по своей природе, можно воплотить посредством таких операций, проводимых после нанесения, как резка (например, ножом, высекающим штампом, лазером), наложение маски (например, наложение негативной маски, наложение позитивной маски), и других методов. В качестве альтернативы предполагается, что слоистый материал можно формировать, придавая ему желаемый геометрический рисунок до нанесения на нижележащее изделие. Например, как будет рассмотрено выше, из листообразного материала посредством резки, наложения маски или других операций, проводимых до нанесения, можно сформировать подобную решетке структуру.
Аналогично предыдущим рассуждениям по поводу обучения печатной краски на основе ППФ, предполагается, что материал ППФ, представляющий собой слоистый материал, можно наносить двумерным образом, а потом последовательно придавать ему желаемую трехмерную форму в целях обучения. Также предполагается, что материал ППФ, представляющий собой слоистый материал, можно наносить на изделие в желаемой запрограммированной форме. В еще одном аспекте предполагается, что материал ППФ, представляющий собой слоистый материал, программируют на достижение желаемой формы до нанесения на нижележащее изделие, когда сцепление слоистого материала с нижележащим изделием не влияет на обучение форме слоистого материала ППФ.
Предполагается, слоистый материал на основе ППФ можно формировать послойно, так что первый слой является материалом ППФ. Второй слой может быть слоем клея. Следовательно, бороздчатый слой позволяет сцеплять материал ППФ с изделием без необходимости избирательного нанесения сцепляющих агентов (например, клея) на изделие. Помимо этого, предполагается, что слоистый материал - в возможных аспектах, о которых здесь идет речь, - можно называть теплопередающим.
Третье нанесение материала, предусматриваемое здесь, происходит на уровне волокон. Уровень волокон отличается от уровня пряжи, который будет рассмотрен ниже применительно к четвертому нанесению материала. В возможном аспекте, объединяют множества волокон для формирование структуры нитей. Термин «пряжа» охватывает термины-аналоги, такие, как нити, шнур, струна и другие структуры, более макроскопические (по отношению к структуре на уровне волокон), используемые для формирования тканых, вязаных и иных структур, подобных текстилю.
Нанесение материала на уровне волокон предусматривает внедрение волокон, имеющих одинаковые характеристики, в подобную пряже структуру. Аналогично, нанесение материала на уровне волокон также предусматривает внедрение двух или более волокон, имеющих разные характеристики, в подобную пряже структуру. Например, подобную пряже структуру можно сформировать путем коррекции количества и типа нитей, имеющих разные характеристики (например, температуру, при которой активируется запрограммированная форма). Кроме того, совокупность волокон, имеющих желаемые характеристики с точки зрения перспективы изделия (например, упругость, ширину, прочность, ударную вязкость, отталкивание, тепловую инерционность, влагорегулирование, и т.п.), можно объединять с волокнами, приводящими к реакции, подобной реакции ППФ, на одно или несколько стимулирующих воздействий.
Волокно можно формировать путем экструдирования материала ППФ в приемлемый размер для внедрения как волокна в одну или несколько макроструктур. Также предполагается, что материал ППФ можно наносить на волокно материала, не являющегося ППФ. Например, волокно материала, не являющегося ППФ, можно протаскивать через раствор ППФ, чтобы пропитать это волокно материалом ППФ. Аналогично, предполагается, что на волокно материала, не являющегося ППФ, можно наносить порошковый материал ППФ, что также приводит к внедрению ППФ на или в волокно материала, не являющегося ППФ.
Четвертое нанесение материала, как говорилось ранее, дает подобную пряже структуру. Подобная пряже структура (именуемая далее пряжей) охватывает термины-аналоги, такие, как нити, шнур, струна и другие структуры, более макроскопические (по отношению к структуре на уровне волокон), используемые для формирования тканых, вязаных и иных структур, подобных текстилю. Следовательно, как говорилось выше применительно к нанесению материала на уровне волокон, предполагается, что пряжу можно экструдировать целиком или частично из материала ППФ. Также предполагается, что материал ППФ можно наносить на пряжу материала, не являющегося ППФ, целиком или частично. Например, отдельные участки волокон можно внедрять в пряжу, которая является материалом ППФ, а другие участки при этом не имеют основой материал ППФ. Кроме того, пряжа может иметь раствор или порошок ППФ, наносимый на пряжу для придания ей характеристик ППФ.
При нанесении материала и на уровне волокон, и на уровне пряжи, предполагается, что изделие формируют целиком или частично из пряжи или волокна (волокон), обладающей или обладающего (обладающих) характеристиками ППФ. Например, предполагается, что изделие формируют из текстиля, включающего в себя тканое волокно или пряжу из ППФ. Кроме того, посредством процесса вязания можно формировать изделие, имеющее пряжу или волокно (волокна) из ППФ одного или нескольких типов. Помимо этого, пряжу или волокно из ППФ можно наносить, вшивать, встегивать, вставлять или иным образом внедрять в изделие до, во время или после обработки.
Поэтому здесь предполагается ряд способов введения динамических материалов в состав изделия. Безотносительно того, используется ли впечатывание, наслаивание, внедрение волокон и/или внедрение пряжи, предполагается, что в одном или нескольких аспектах можно использовать любое варьирование и сочетание материалов.
Механические структуры
Обращаясь к чертежам, где изображены возможные механические структуры, предусматривающие различные материалы, нанесение материалов и физические компоненты для достижения движения динамических материалов с физическими изменениями, обуславливаемыми одним или несколькими стимулирующими воздействиями. Нижеследующие механические структуры являются возможными по своему характеру, а не ограничивающими объем притязаний согласно представляемым концепциям. Вместо этого, нижеследующие механические структуры позволяют вникнуть в суть тех структур, которые предусматриваются и дают возможность достичь управления параметрами окружающей среды с помощью материалов с памятью формы.
На фиг. 1 изображен возможный реакционно-способный участок 100 материала, состоящий из материала 102 основы и реакционно-способной структуры 112, в соответствии с аспектами данного изобретения. Материал основы может быть подобным ткани материалом, традиционно внедряемым в изделие. Например, материал 102 основы может быть упругим материалом, способным удалять или стирать влагу с тела владельца изделия и имеющим множество выполненных в этом материале отверстий для обеспечения вариантов выбора пассивной проницаемости. Как и в других предусматриваемых здесь компонентах, возможные аспекты материала основы не ограничиваются предусматриваемыми здесь вариантами выбора.
Реакционно-способная структура 112 может представлять собой ППФ, надпечатанный, наслоенный на материал 102 основы или иным образом сцепленный с ним. Реакционно-способная структура 112 может реагировать на любое количество рассматриваемых здесь стимулирующих воздействий, таких, как изменение температуры тела владельца изделия. Реакционно-способная структура 112 может быть запрограммирована на наличие формы, изображенной на фиг. 1, которая дает участок 108 впадины, окруженный участком 110 выступа, который простирается за пределы плоскости, ограниченной нижней поверхностью 104 и верхней поверхностью 106. Например, когда тепловая энергия, прикладываемая к реакционно-способной структуре 112, ниже, чем необходимая для температуры активации запрограммированной формы, участок выступа может поддерживать объемную геометрию, которая создает участок 110 выступа, простирающийся за пределы плоскости, в целом ограниченной нижней поверхностью 104. Вместе с тем, когда тепловая энергия превышает температуру активации запрограммированной формы, реакционно-способная структура 112 может реагировать, а участок 118 шарнира может переворачиваться, заставляя участок выступа простираться над верхней поверхностью 106. В этом примере, участок 118 шарнира регулирует плоскость, в которой участок 110 выступа простирается выше или ниже участка 114 фланца и центрального участка 116. Как будет подробнее рассмотрено ниже, предполагается, что повышенная разность объемных смещений между крайними плоскостями реакционно-способного участка 100 материала существует при более низкой температуре (например, для формирования изоляционной характеристики, связанной с большей полостью), чем объемное смещение, которое существует при более высокой температуре (например, для понижения изоляционных характеристик). Иными словами, когда температура тела владельца изделия увеличивается, динамический материал реагирует, понижая изоляционные характеристики изделия, чтобы облегчить большее охлаждение владельца изделия.
В альтернативном аспекте предполагается, что когда температура, сообщаемая реакционно-способной структуре, превышает запрограммированную запоминаемую температуру, материалу 102 основы позволяют сплющиться, что уменьшает величину сжимающей силы, ранее воздействовавшей со стороны материала 102 основы на владельца изделия, ввиду воплощения дополнительных материалов, которые традиционно использовались в направлении z (например, участка 110 выступа). Безотносительно результирующего реакционного изменения, обуславливается манипулирование создаваемой обстановкой, в частности, материалом 102 основы. Например, регулирование участков материала снова у тела владельца изделия, плотность посадки и другие механические изменения могут обеспечить улучшенную вентиляцию или проницаемость для охлаждения владельца изделия.
На фиг. 2 изображена возможная реакционно-способная структура 200 в соответствии с аспектами данного изобретения. Реакционно-способная структура 200 может быть воплощена так же, как описано выше применительно к фиг. 1. Например, реакционно-способная структура 200 может быть надпечатанной структурой, которая надпечатана прямо на материал основы или на подлежащий нанесению переносящий материал, более похожей на структуру, подобную слоистому материалу. Также предполагается, что реакционно-способную структуру 200 можно сформировать из подобного пленке материала. Реакционно-способную структуру 200 можно вырезать лазером, вырезать высекающим штампом, вырезать ножом или вырезать любым другим методом для придания желаемой формы листовому материалу.
Реакционно-способная структура 200 сформирована как возможная решетчатая структура. Вместе с тем, предполагается, что единообразие, показанное на фиг. 2, является лишь возможным по своей природе. Предполагаются градиенты, разбиение на зоны и придание органичных размеров, придание формы и ориентации элементов и пустот, образующих решетку. Поэтому предполагается возможность сформировать структуру любого типа для достижения предусматриваемых здесь функциональных аспектов. Также предполагается, что подобная решетке структура может обеспечить вентиляцию или проницаемость и гибкость при использовании в связи с возможными изделиями.
На фиг. 3-7 изображена возможная конструкция 300 в активном состоянии, использующая реакционно-способную структуру 302 и не реакционно-способную структуру 304, в соответствии с аспектами данного изобретения. Находясь в активированном состоянии, реакционно-способная структура 302 может расширяться, а не реакционно-способная структура 304 препятствует расширению в плоскости X-Y, обуславливая расширение в направлении Z. Расширение в направлении Z приводит к созданию смещения 306 между реакционно-способной структурой 302 и не реакционно-способной структурой 304. Смещение 306 отображает замер эффекта, подобного «пузырению», по мере расширения реакционно-способной структуры 302 от плоскости X-Y, в которой лежит не реакционно-способная структура 304. Вследствие этого, не реакционно-способная структура 304 может служить в качестве структуры, подобной клетке и предотвращающей движение реакционно-способной структуры 302 в плоскости X-Y.
В возможном аспекте предполагается, что не реакционно-способная структура 304 представляет собой объемно-стабильный нерастяжимый материал, который надпечатывают или наслаивают на изделие (или на материал, образующий изделие). Предполагается, что реакционно-способный участок 302 представляет собой диэлектрический эластомерный исполнительный элемент, действующий подобно цепочке. Вместе с тем, предполагается, что реакционно-способная структура 302 также может представлять собой материал ППФ, имеющий запрограммированную форму, которая, когда структура активирована, становится больше, чем когда структура не активирована.
Активация реакционно-способной структуры 302 может создавать объемную геометрию в направлении Z, что - в возможном аспекте - приводит к использованию одного или нескольких объемов для улавливания воздуха или оттягивания нижележащего материала основы от владельца изделия.
На фиг. 4 изображена конструкция 400 в не активированном состоянии, использующая реакционно-способную структуру 302 и не реакционно-способную структуру 304, в соответствии с аспектами данного изобретения. Когда она не активирована, реакционно-способная структура 302 может поддерживать геометрическую конфигурацию, которая находится, по существу, в пределах плоскости X-Y не реакционно-способной структуры 304. Вследствие этого, смещение 308 в плоскости Z между реакционно-способной структурой 302 и не реакционно-способной структурой 304 может быть минимальным.
На фиг. 5 изображено расположение 500 не реакционно-способной структуры 304, находящейся на материале 502 основы, в соответствии с аспектами данного изобретения. Хотя проиллюстрирована конкретная географическая ориентация, предполагается, что не реакционно-способная структура 304 может иметь любой размер и/или форму.
На фиг. 6 изображено расположение 600 реакционно-способной структуры 302, находящейся на материале 302 основы, в соответствии с аспектами данного изобретения. Хотя проиллюстрирована конкретная географическая ориентация, предполагается, что реакционно-способная структура 302 может иметь любой размер и/или форму.
На фиг. 7 изображено расположение 700 реакционно-способной структуры 302 и не реакционно-способной структуры 304 на материале 502 основы, в соответствии с аспектами данного изобретения. Как изображено, реакционно-способная структура 302 имеет непрерывную геометрию, подобную цепочке и позволяющую - в возможном аспекте - электрически активируемому эластомеру формировать полную цепочку. Вместе с тем, предполагается, что можно воплощать и дополнительные структуры в зависимости от некоторого количества факторов и соображений. Например, когда используют различающиеся материалы, такие, как материалы ППФ, в возможном аспекте непрерывность может и не понадобиться. Кроме того, в зависимости от желаемого разбиения на зоны и/или гибкости, может оказаться выгодной заделка одного или нескольких участков реакционно-способной и/или не реакционно-способной структур 302 и 304, соответственно.
На фиг. 8 изображен тканый материал 800 имеющий множество нитей утока и нитей основы, в соответствии с аспектами данного изобретения. Нити 802 и 804 основы и нити 806 и 808 утока являются возможными по своей природе. Предполагается, что в аспекте данного изобретения те элементы, которые идентифицируются как нити основы и нити утока, могут меняться местами.
Предполагается, что одна или несколько нитей утока и/или одна или несколько нитей основы сформированы с помощью материала ППФ, по меньшей мере - частично. Например, в возможных аспектах данного изобретения можно воплощать нанесение материала на уровне волокон и/или нанесение материала на уровне пряжи. В данном примере, нити 802 и 804 основы выполнены из материала ППФ, а нити 806 и 808 утока выполнены из материала, не являющегося ППФ. Вместе с тем, также предполагается, что нити 806 и 808 утока также - или в качестве альтернативы - выполнены из материала ППФ.
Предполагается, что деформация в пределах тканого материала 800 наступает в результате реакции динамического материала на прикладываемое стимулирующее воздействие. Деформация может включать в себя «размытие» узора в выбранных местах, такое, как деформация 810, которая приводит к образованию пустоты 812. Деформация 810 в этом примере образуется нитями 802 и 804 основы, реагирующими на стимулирующее воздействие для возврата к запрограммированной форме, которая является нелинейной, в противоположном направлении друг от друга. Когда нити 802 и 804 основы возвращаются к запрограммированной форме, они отделяются друг от друга, образуя деформацию 810.
Применение нанесения материала на уровне пряжи может обеспечить естественное движение тканого материала 800 для перемещения нитей основы и нитей утока, которое способствует попыткам этих нитей основы и нитей утока приобретать запрограммированную форму посредством «вытряхивания» материала для устранения сопротивления, создаваемого нитями основы и нитями утока, взаимодействующими друг с другом. Следовательно, когда тканый материал 800 движется, нить 802 основы может двигаться относительно нитей 806 утока, что позволяет нити 802 основы вернуться к запрограммированной форме при меньшем сопротивлении, оказываемом нитью 806 утока.
Предполагается, что когда активируемое стимулирующее воздействия снимается, тканый материал 800 возвращается снова к более традиционной тканой конфигурации X/Y, причем эти конфигурации, по существу, ортогональны друг другу. И опять, движение тканого материала может облегчить упрощенный возврат к традиционной тканой конфигурации за счет уменьшения сопротивления движению нитей основы и нитей утока. Также предполагается, что материал выбирают так, что он уменьшает движение нитей основы и нитей утока, тем самым способствуя также возврату к запрограммированной форме или от нее.
На фиг. 9 изображен тканый материал 900, имеющий запрограммированную деформацию 906, в соответствии с аспектами данного изобретения. Деформация 906 соответствует подобной выступу структуре, которая простирается наружу от поверхности тканого материала 900. Предполагается, что и нити основы, и нити утока тканого материала 900 сформированы, по меньшей мере - частично, с помощью динамического материала. Например, нить 902 основы и нить 904 утока в этом примере сформированы с помощью динамического материала. В возможном аспекте, тканый материал 900 запрограммирован на образование деформации 906, когда прикладывают конкретное стимулирующее воздействие (или обеспечивают конкретную интенсивность стимулирующего воздействия). Хотя деформация 906 изображена в общем виде выступа, предполагается, что можно воплотить любую геометрическую конфигурацию. Например, можно запрограммировать волнообразную структуру, которая обеспечивает эффект, подобный гофрированию, увеличивающий объем воздуха возле тела владельца изделия.
на фиг. 10А-10С изображены изменяемые отверстия на выбранном участке 1000 одежды в соответствии с аспектами данного изобретения. Участок 1000 состоит из нескольких зон отверстий. Иллюстрируются первая зона 1002 отверстий, вторая зона 1004 отверстий и третья зона 1006 отверстий.
Изменяемое отверстие - это то, которое реагирует на прикладываемое стимулирующее воздействие, вызывающее изменение площади отверстия (например, диаметра круглого отверстия). Следовательно, изменяемое отверстие можно использовать в качестве вентилирующей структуры, которая обеспечивает увеличенные вентилирующие отверстия в ответ на увеличенную тепловую энергию, связанную с владельцем изделия (или любым ее источником). Нужного размера изменяемого отверстия можно достичь посредством печати периметра отверстия, которое запрограммировано на наличие изменяемых - на основании стимулирующего воздействия - размеров периметра. Отверстия можно изменять на уровне волокон или пряжи, что приводит к регулированию отверстия посредством манипулирования радиальными волокнами, образующими периметр отверстия. Также предполагается, что отверстия можно формировать, по меньшей мере - частично, с помощью слоистого материала, сформированного из динамического материала. Например, зона (например, первая зона 1002 отверстий) может быть участком слоистого материала, имеющим множество отверстий, сформированных в нем таким образом, что эта зона затем накладывается на участок одежды. Следовательно, можно настроить накладываемую зону для некоторого уровня размера, формы и критериев реакционной способности отверстий.
На фиг. 10a показано, что все - первая зона 1002 отверстий, вторая зона 1004 отверстий и третья зона 1006 отверстий - содержат множество отверстий 1008, имеющих первый размер. На фиг. 10B изображены первая зона 1002 отверстий, имеющая множество отверстий 1010, имеющих второй размер, и вторая зона 1004 отверстий, поддерживающая множество отверстий с первым размером. В этом примере предполагается, что отверстия в зоне 1002 выполнены в ППФ, имеющем температуру активации запрограммированной формы, отличающуюся от характерной для отверстий во второй зоне 1004 отверстий. Следовательно, когда температура увеличивается достаточно для того, чтобы вызвать реакцию в ППФ первой зоны 1002 отверстий, эта температура недостаточна для того, чтобы также повлиять на отверстия во второй зоне отверстий. Эта разница в активации обеспечивает выбор зоны для регулирования уровня проницаемости в конкретных областях с изменяемыми уровнями стимулирования.
На фиг. 10c изображены и первая зона 1002 отверстий и вторая зона 1004 отверстий, содержащие множество отверстий 1012, имеющих третий размер. В этом примере, отверстия первой зоны 1002 отверстий могут быть выполнены из трехстадийного динамического материала, который способен иметь, по меньшей мере, еще две другие запрограммированные формы. Динамический материал, используемый во второй зоне 1004 отверстий, может быть выполнен из двухстадийного динамического материала, который способен обучиться лишь одной-единственной форме. В качестве альтернативы, предполагается, что отверстия во второй зоне 1004 отверстий могут иметь еще один размер, которого они способны достичь при большем уровне стимулирования.
Как говорилось ранее, предполагается, что для активации одного или нескольких материалов с памятью формы можно использовать стимулирование любого типа. Например, хотя применительно к фиг. 10А-10С рассмотрена тепловая энергия, предполагается, что стимулирование, на которое реагирует материал с памятью формы, также может быть обеспечено влагой или светом.
на фиг. 11A-12B изображены возможные электрически активируемые полимеры (ЭАП) (еще одни возможные динамические материалы) которые можно использовать в одном или нескольких предполагаемых здесь аспектах. Вообще говоря, предполагается, что когда к материалу, имеющему сердечник, образующий первый электрод, и внешние поверхности, образующие второй электрод, приложен электрический ток, перемещаемую массу, заключенную между электродами, можно выставить в желаемом направлении, регулируя результирующую форму. Например, предполагается, что вокруг проводящего сердечника и внешних поверхностей может быть заключено подобное силикону вещество. Когда к сердечнику и внешним поверхностям прикладывают электрический ток, создается притягивающая сила, которая притягивает внешние поверхности к сердечнику, что приводит к продольному смещению заключенной между ними массы, в результате чего происходит «рост» материалов в определенном направлении.
На фиг. 11A и 11B изображена лента 1100 ЭАП, имеющая внешние электропроводные поверхности 1102 и электропроводный сердечник 1104. Когда она находится в не активированном состоянии, лента 1100 имеет длину 1106. Вместе с тем, когда она находится в активированном состоянии, как показано на фиг. 11B, лента удлиняется, приобретая длину, эквивалентную длине 1108. Предполагается, что ленту 1100 можно формировать множеством способов. Например, предполагается совместная экструзия нескольких материалов.
Аналогично фиг. 11A-11B, на фиг. 12A-12B изображена структура из ЭАП, которая представляет собой цилиндр 1200. Цилиндр 1200 содержит внешние поверхности 1202 и внутренний сердечник 1204 и имеет длину 1206 в не активированном состоянии. Вместе с тем, в активированном состоянии длина цилиндра 1200 увеличивается до длины 1208, как изображено на фиг. 12B.
Предполагается, что ленту 1100 и цилиндр 1200 можно использовать в качестве деталей для очистки выступающих концов, автоматических картовязальных средств, средств тактильной отдачи, и т.п. Также предполагается, что в одном или нескольких аспектах, предусматривающих использование ЭАП, возможно удлинение 30%.
На фиг. 13 изображена изменяющая форму структура 1300, которая заполняет междоузельные пустоты в ответ на прикладываемое стимулирующее воздействие, в соответствии с аспектами данного изобретения. Структура 1300 имеет две основные формы. Первая форма - не реакционно-способный остов 1302. Вторая - это реакционно-способный остов 1304. Когда прикладывают стимулирующее воздействие, реакционно-способный остов расширяется. Расширение реакционно-способного остова приводит к заполнению междоузельной полости 1310 между первым остовом 1302 и вторым остовом 1304. В возможном аспекте, второй остов 1304 выполнен с участком 1308 из ЭАП и участком 1306 проводящего звена. Участок 1306 проводящего звена облегчает передачу электрического тока между двумя участками 1308 из ЭАП. Помимо этого, предполагается, что первый или второй остовы 1302 и 1304 могут быть избирательно выполнены из ППФ.
На фиг. 14 изображен вид в плане геометрического материала 1400, образующего ауксетическую структуру, в соответствии с аспектами данного изобретения. Планарный материал 1400 выполнен из материала 1402 основы, на первую сторону которого нанесены элементы 1404 из ППФ, а на противоположную сторону - элементы 1406 из ППФ. Иными словами, элементы 1404 из ППФ надпечатаны или иным способом нанесены на верхнюю поверхность материала 1402 основы, а элементы 1406 из ППФ надпечатаны или иным способом нанесены на нижнюю поверхность материала 1402 основы. Элементы 1404 из ППФ запрограммированы на прохождение в первом направлении (от противолежащих элементов 1406 из ППФ), а элементы 1406 запрограммированы на прохождение во втором направлении (от противолежащего элемента 1404 из ППФ), как изображено на фиг. 15.
На фиг. 15 изображен вид в перспективе элементов 1404 из ППФ, простирающихся в первом направлении, и элементов 1406 из ППФ, простирающихся в противоположном направлении, в соответствии с аспектами данного изобретения. Это расположение приводит к образованию объемного текстиля, который способен реагировать на один или несколько стимулирующих воздействий. Хотя описаны материалы ППФ, также предполагается, что элементы 1404 и/или 1406 из ППФ могут быть выполнены и из магнитного реакционно-способного материала, или это может быть альтернативой. Предполагаются и альтернативные расположения, формы, размеры и запрограммированные формы элементов 1404 и 1406 из ППФ.
Как говорилось ранее, предполагается, что для получения объемного текстиля, проиллюстрированного на фиг. 15, текстиль, имеющий связанные на нем элементы 1404 и 1406 из ППФ, вводят в технологическую форму, которая выровнена в соответствии с позиционированием элементов 1404 и 1406 из ППФ таким образом, что с этими элементами из ППФ ассоциируется надлежащая форма с направлением кверху или книзу. Предполагается, что как только текстиль оказывается расположенным надлежащим образом, сама технологическая форма или внешний источник прикладывает надлежащую энергию (например, тепловую, световую), которая обеспечивает приобретение элементами 1404 и 1406 из ППФ запрограммированной формы, обеспечиваемой технологической формой.
На фиг. 16-19B изображена концепция рефлекторного вентиляционного проема, предусматривающая использование динамических материалов для открывания и закрывания структуры вентиляционного проема, встраиваемой в изделие, в соответствии с аспектами данного изобретения. В частности, на фиг. 16 изображено изделие, такое, как жакет 1600, в котором - в задней плечевой области - встроен рефлекторный вентиляционный проем 1602. В ответ на стимулирующее воздействие, такое, как тепловая энергия или влага, рефлекторный вентиляционный проем 1602 открывается или закрывается, раскрывая или скрывая одно или несколько отверстий 1604. Когда рефлекторный вентиляционный проем 1602 раскрывает отверстия 1604, обеспечивается движение воздуха от первой стороны к противоположной второй стороне жакета 1600. Как и в других традиционных способах вентиляции, движение воздушного потока облегчает регулирование температуры внутри изделия. Также предполагается, что рефлекторный вентиляционный проем 1602 может реагировать на влагу, такую, как дождь, и это позволяет проему закрываться в присутствии дождя. Закрывание рефлекторного вентиляционного проема 1602 защищает отверстия 1604 от внешней влаги и ограничивает попадание влаги во внутренний участок жакета 1600. Хотя изображен жакет 1600, предполагается, что рефлекторный вентиляционный проем может быть встроен в любое изделие.
На фиг. 17 изображена сборка 1700 вентиляционного проема в соответствии с аспектами данного изобретения. В возможном аспекте, сборка 1700 вентиляционного проема может быть встроена в рассмотренный ранее жакет 1600 согласно фиг. 16. Вентиляционный проем 1700 содержит нательный участок 1702. Нательный участок 1702 может быть выполнен из теплопередающего материала, который обеспечивает сцепление вентиляционного проема 1700 с изделием посредством тепла и/или давления. Предполагается, что сцепление нательного участка 1702 с изделием можно осуществлять при температуре, достаточной для обучения материалов ППФ желаемой форме.
Вентиляционный проем 1700 также содержит шарнирные участки 704. Шарнирные участки 1704 находятся на линиях 1714 и 1716 складок. Линии складок отделяют вентилирующий участок 1710 от фланцевых участков 1708 и 1712. При активации посредством стимулирующего воздействия, каждый из шарнирных участков 1704 пытается перейти из состояния перекрытия после заглаживания (например, создания складок) в обычное планарное состояние (например, плоское), в котором вентилирующий участок 1710 подвергается внешнему воздействию, в целях вентиляции.
На фиг. 18 изображено открытое состояние вентиляционного проема 1800, встроенного в изделие, в соответствии с аспектами данного изобретения. Вентиляционный проем 1800 содержит нательный участок 1702, шарнирные участки 1704, фланцевые участки 1708 и 1712 и участок 1710 вентиляционного проема, причем все они уже рассматривались в связи с фиг. 17. На этом виде сбоку в перспективе, сборка вентиляционного проема связана с участком 1802 изделия. Предполагается, что участок 1802 представляет собой вставку на предмете одежды, но также предполагается, что участок 1802 может быть участком любого изделия. Открытый характер сборки вентиляционного проема обеспечивает приток огромного объема воздуха с первой стороны участка 1802 на другую сторону участка 1802. Хотя это не изображено, предполагается, что сквозь участок 1802 в положениях, выровненных с отверстиями в пределах участка 1710 вентиляционного проема, проходит множество отверстий.
На фиг. 19А изображена сборка 1902 вентиляционного проема в закрытом положении в соответствии с аспектами данного изобретения. На этом упрощенном виде сбоку в перспективе, сборка вентиляционного проема закрыта посредством поворота шарнирных участков в заглаженном состоянии, в котором фланцевые участки и соответствующие участки 1802 вынуждены перекрывать участок вентиляционного проема. На фиг. 19B показан ряд уложенных стопой сборок 1902 вентиляционных проемов, демонстрирующий, что две или более сборок вентиляционных проемов можно использовать совместно, чтобы достичь желаемой характеристики проницаемости (например, передачи воздуха и/или влаги).
Объемные структуры
Динамические материалы можно воплотить с возможностью формирования объемных структур (например, фиг. 1-9 и 13-14), которые реагируют на одно или несколько стимулирующих воздействий. Объемная структура может представлять собой объемное образование, эффективное для оказания влияния на движение воздуха и/или влаги. Например, динамический материал можно использовать для изменения полости (т.е., изолирующей емкости) изделия в ответ на тепловую энергию. В этом примере предполагается, что когда пользователь изделия (например, рубашки, домашних штанов, нижнего белья, верней одежды) начинает иметь повышенную температуру тела, являющуюся результатом интенсифицировавшейся деятельности (например, участия в атлетических упражнениях), изделие снижает изоляционную способность на одном или нескольких участках на основании механического отклика, оказываемого динамическим материалом, реагирующим на увеличение отдачи тепловой энергии владельцем изделия. Аналогично, предполагается, что когда изменяется внешняя тепловая энергия (или любые другие стимулирующие воздействия), изделие адаптируется к этим изменениям (например, когда падает температура окружающей среды, динамический материал заставляет изделие увеличивать полость, чтобы увеличить коэффициент изоляции). Здесь приведены и дополнительные примеры объемных структур; вместе с тем, предполагается, что дополнительные аспекты и производные этих аспектов также предусматривают потенциальные воплощения для достижения динамического объемного материала, имеющего введенные в его состав динамические материалы.
Объемная структура может включать в себя и/или использовать ауксетическую структуру, чтобы достичь одной или нескольких желаемых характеристик. Ауксетическая структура - это структура, которая имеет отрицательный коэффициент Пуассона. Когда структура имеет отрицательный коэффициент Пуассона, положительная деформация по продольной оси структуры приводит к поперечной деформации в материале, также являющейся положительной (т.е., это должно увеличивать площадь поперечного сечения). Иными словами, ауксетическая структура увеличивается в размере в направлении, которое перпендикулярно растягивающей силе, в отличие от ситуации в материале, имеющем положительный коэффициент Пуассона, который утоняется в поперечном направлении, когда растягивается в продольном направлении. Часть предусматриваемой здесь объемной структуры достигает отрицательного коэффициента Пуассона за счет особой геометрии и ориентации динамических материалов. Эта ауксетическая структура, созданная из динамических материалов, в отдельности или в совокупности с нижележащим материалом-носителем обеспечивает продольное расширение или сжатие динамического материала, что приводит к аналогичному расширению или сжатию в перпендикулярном направлении изделия. Например, когда динамический материал расширяется в первом направлении изделия, изделие может также расширяться, по меньшей мере, в еще одном направлении, перпендикулярном первому направлении (например, по ширине или толщине). Хотя здесь описаны и проиллюстрированы ауксетические структуры, аспекты изобретения не ограничиваются ауксетическими структурами. Предполагается, что в аспектах данного изобретения возможно и воплощение структур, имеющих положительный коэффициент Пуассона.
Концепция ауксетической структуры позволяет сформировать изделие, которое способно образовывать естественные кривые и приобретать форму органического объекта, такого, как владелец изделия, сохраняя при этом структурные аспекты. Например, в области сустава (например, колена, плеча и локтя) владельца изделия возможен широкий диапазон ориентационных и позиционных изменений, при которых желательна подгоняемая по форме структура, которая также обеспечивает нужные структурные аспекты. Эти структурные аспекты могут облегчить динамическое изменение подъема от тела владельца изделия, создание полости или выполнение других терморегулирующих функций. Кроме того, хотя «объемность» будет рассматриваться как достижение изменения в направлении Z, в возможном аспекте ауксетическая структура предполагается работающей с отрицательным коэффициентом Пуассона, по меньшей мере, в направлениях X и Y материала.
На фиг. 20 изображена возможная ауксетическая структура 2000 сформированных и ориентированных участков динамического материала на материале-носителе 2001 в соответствии с аспектами данного изобретения. Динамический материал, как говорилось ранее, может представлять собой полимер с памятью формы (например, композиционный материал из ППФ и отклоняющего материала). В этом примере, общая форма динамического материала ориентирована в виде специального рисунка на материале-носителе 2001. Например, вокруг круглой области 2002 можно идентифицировать радиальный рисунок, состоящий из участков 2004, 2006, и 2008 в первой ориентации относительно круглой области 2002 и участков 210, 212 и 214 в противоположной второй ориентации относительно круглой области 2002. Участки 2004, 2006 и 2008 будут именоваться менее ориентированными, а участки 2010, 2012 и 2014 будут именоваться более ориентированными на круглую область 2002. Определение «более ориентированный» выводится из продольной длины участка, которая проходит от биссектрисы участка, проходящей между точками перегиба обеих сторон. Иными словами, менее ориентированными участками являются те, которые имеют более короткий конец участка вблизи круглой области 2002, где «короткий конец» определяется как проходящий от перпендикуляра, проходящего между наибольшими ширинами участка, до конца продольной оси участка. Более ориентированные участки имеют бóльшую длину, измеренную от перпендикуляра между наибольшими ширинами участка, до конца продольной оси участка.
Ауксетическая структура 2000 воплощает чередующуюся последовательность более ориентированных участков и менее ориентированных участков вокруг круглой области 2002. Хотя на фиг. 20 изображена круглая область 2002, она в этом примере изображена просто в иллюстративных целях. Как будет сказано ниже в связи с фиг. 21-24, ауксетическая структура 2000, содержащая участки 2004, 2006, 2008, 2010, 2012 и 2014 вносит в нижележащий материал-носитель 2001 объемное изменение, которое проявляется в объемном материале в направлении Z относительно изображенной плоскости X-Y согласно фиг. 20. Это изменение в направлении Z можно использовать для оказания влияния на параметр изоляции соответствующего изделия с целью повышения изоляционных качеств со снижением температуры и понижения изоляционных качеств с увеличением температуры.
На фиг. 21 изображена ауксетическая структура 2100, имеющая позиционирующие линии относительно рисунка, аналогичная ауксетической структуре 2000, рассмотренной на фиг. 20, для иллюстрации ориентации и размещения участков друг относительно друга с целью достижения желаемого изменения в направлении Z в ответ на стимулирующее воздействие в соответствии с аспектами данного изобретения.
Например, продольная ось участков, радиально ориентированных вокруг точки 2102, пересекает точку 2102. Возможная продольная ось 2112 изображена для участка 2114. Также изображен сегмент 2110, который перпендикулярен продольной оси 2112, проходящий между наибольшими ширинами участка 2114. Как говорилось относительно фиг. 20, меньшая ориентация и бóльшая ориентация участков определяется на основании длины вдоль продольной оси, когда та проходит от сегмента 2110 до конца участка 2114. Точка 2104 определяется как пересечение продольной оси 2112 и сегмента 2110. Точку 2104 можно назвать точкой вершины, потому что в этом примере эта точка для каждого из более ориентированных участков может быть связана с образованием равностороннего треугольника. Например, вершины 2104 и 2106 соединены сегментом 2108. Сегмент 2108 образует сторону равностороннего треугольника, который ограничивает, в частности, функциональный рисунок участков друг относительно друга.
Сегменты, которые проходят между точками вершин, также образуют линии сегментов, ограничивающие наибольшую ширину менее ориентированных участков. Следовательно, каждая сторона треугольных сегментов под прямым углом пересекает продольную ось менее ориентированных участков, радиально ориентированных вокруг общей центральной точки. Это пересечение треугольным сегментом иллюстрируется сегментом 2116, который пересекает продольную ось участка 2118 в точке 2120. Сегмент 2116 разграничивает наибольшую ширину участка 2118 по мере своего прохождения по участку 2118. Как будет подробнее говориться ниже применительно к фиг. 22, именно эта средняя точка треугольного сегмента, такая, как точка 2120, определяет функцию шарнира для создания объемного изменения и реализации ауксетического характера результирующей структуры.
Следует понять, что различные точки и линейные сегменты, изображенные на фиг. 21, представлены для иллюстрации особой ориентации и рисунка, формируемого для достижения аспектов данного изобретения. Эти точки и линейные сегменты могут быть невидимыми на реальном изделии, но все же упоминаются здесь, чтобы помочь понять особую зависимость различных участков.
На фиг. 22 изображен возможный треугольник 2200 зависимости, который описывает зависимость участков в ауксетической структуре в первом состоянии 2204, представленном сплошными линиями, и во втором состоянии 2206, представленном пунктирными линиями, в соответствии с аспектами данного изобретения. В возможных аспектах, треугольник зависимости можно воплотить применительно к участкам, изображенным на фиг. 20, 21 и 23-27. В возможном аспекте, первое состояние 2204 треугольника зависимости может привести к минимальной объемности нижележащего изделия в направлении Z по сравнению со вторым состоянием треугольника зависимости, которое будет иметь увеличенную объемность в направлении Z.
Изменение с первого состояния 2204 на второе состояние 2206 в треугольнике зависимости может быть результатом нахождения участков динамического материала в вершинах и средних точках треугольника зависимости. Например, динамические материалы могут образовывать некоторую объемную форму (например, такую, как те, которые изображены на фиг. 31-36, рассматриваемых ниже), основанную на сложных пространственных кривых, которые образуют структурный элемент из материала, в противном случае являющегося, по существу, плоским.
Первое состояние 2204 треугольника зависимости изображено сплошными линиями. Например, две точки вершин, 2214 и 2216, имеют проходящий между ними сегмент, разделенный на первый участок 2208 сегмента и второй участок 2210 сегмента, разделенные средней точкой 2212. В первом состоянии, участки 2208 и 2210 сегмента, по существу, параллельны, образуя кажущийся линейным сегмент между вершинами 2214 и 2216. В этом примере, первое состояние 2204 и второе состояние 2206 предусматривают совместное использование общей центральной точки 2202,.
Во втором состоянии 2206, представленном пунктирными линиями, изменение формы динамических материалов находящихся в вершинах и средних точках искажает треугольник зависимости так, что вершины и средние точки оказываются в пространственной зависимости друг от друга. Например, вершина 2215 во втором состоянии - это вершина 2214 в первом состоянии. Средняя точка 2213 и вершина 2217 - это средняя точка 2212 и вершина 2216 во втором состоянии, соответственно. Сегмент 2211 проходит между вершиной 2215 и средней точкой 2213, а сегмент 2209 проходит между вершиной 2217 и средней точкой 2213. Сегмент 2211 и сегмент 2209 не являются, по существу, параллельными и поэтому не образуют линейный сегмент между вершинами 2215 и 2217. Именно это изменение местонахождения вершин и средних точек, изображенных посредством треугольника зависимости для первого состояния 2204 и треугольника зависимости для второго состояния 2206, реализуется во время изменения динамических материалов.
На фиг. 23 изображена ауксетическая структура 2300 в объемном состоянии (например, втором состоянии с фиг. 22), образованная из участков динамического материала и материала-носителя, в соответствии с аспектами данного изобретения. Динамический материал в этом примере представлен в форме, которая изменяет возможные пропорции треугольника зависимости между динамическими материалами участков так, что сегмент 2306 и сегмент 2308 отходят от параллельности в средней точке 2304. Это объемное состояние изображено также на упоминаемой ниже фиг. 24, чтобы показать сформированные грани, которые частично ограничены осевыми элементами, идущими от центральной точки 2302.
На фиг. 24 изображена ауксетическая структура 2400 в объемном состоянии, аналогичная тем структурам, которые рассмотрены на фиг. 20, 21, и 23, в соответствии с аспектами данного изобретения. В этом примере, объемность в направлении Z идет в отрицательном направлении, которое проходит от перспективной плоскости рассмотрения согласно фиг. 24. Иными словами, объемность, сформированная на фиг. 24 простирается в плоскость, на которой иллюстрируется фиг. 24 (например, книзу). Вместе с тем, предполагается, что объемность может простираться и кверху - также или в качестве альтернативы.
На фиг. 24 в не планарной ориентации изображено некоторое количество участков динамического материала, таких, как участок 2402, расположенный на материале-носителе, таком, как текстиль, или другой участок изделия, в соответствии с аспектами данного изобретения. Участки динамического материала могут образовывать сложную кривую (например, выпуклое пересечение с вогнутой кривой), как будет рассмотрено подробнее в связи с фиг. 31-36. Как показано, менее ориентированные и более ориентированные участки взаимодействуют, образуя треугольник зависимости, о котором шла речь выше. Например, в изображенном состоянии, сегмент 2204 не параллелен сегменту 2206, поскольку эти сегменты расходятся от средней точки 2408. Аналогично, предполагается, что, когда динамические участки изменяют форму, выходя из планарного состояния, средняя точка 2408 может приближаться к другой средней точке треугольника зависимости, такой, как средняя точка 2410. Это схождение средних точек в возможном аспекте связано с максимальным изменением в направлении Z изделия в месте нахождения этого треугольника зависимости. Изменение формы динамического материала приводит к образованию многогранного (например, 6-тигранного) объема, простирающегося в направлении Z, из планарного вначале изделия. Как будет ясно, на фиг. 21-24 изображены угловые грани; вместе с тем, можно также воплотить криволинейные конструктивные элементы, о чем пойдет речь ниже в связи с фиг. 34-36.
Возвращаясь к фиг. 21 и фиг. 24, отмечаем, что на фиг. 21 изображено первое состояние ауксетической структуры, а на фиг. 24 изображено второе состояние ауксетической структуры. В возможном аспекте предполагается, что первое состояние ауксетической структуры может оказаться более подходящим в более теплой окружающей среде или когда температура тела потребителя находится на более высоком уровне, чем температура, когда ауксетическая структура находится во втором состоянии. Например, изделие, такое, как предмет одежды, обеспечивает лучшую теплопередачу, а значит - и лучший эффект охлаждения, когда находится в менее объемном состоянии. Первое состояние ауксетической структуры является менее объемный состоянием по сравнению со вторым состоянием согласно фиг. 24. Иными словами, в возможном аспекте предполагается, что второе состояние согласно фиг. 24 обеспечивает больший коэффициент изоляции, чем тот, который обеспечивается первым состоянием согласно фиг. 21.
На фиг. 25 изображена альтернативная ауксетическая структура 2500 с материалом-носителем 2501 и множеством участков динамического материала в соответствии с аспектами данного изобретения. Также изображены сплошные линии, проходящие между участками динамического материала, чтобы подчеркнуть ориентационную и геометрическую зависимость между участками динамического материала. Хотя в иллюстративных целях эти сплошные линии изображены, их не обязательно формировать в действительности на материале-носителе 2501 в возможном аспекте данного изобретения.
В отличие от участков динамического материала согласно фиг. 21-24, которые имеют более ориентированную и менее ориентированную геометрию, участки динамического материала ауксетической структуры 2500 одинаковы по своему характеру. Предполагается, что особенности большей ориентированности и меньшей ориентированности обеспечивают структурные преимущества в некоторых аспектах, а одинаковость может обеспечить преимущества технологичности в некоторых аспектах. Вместе с тем, аспекты данного изобретения предусматривают использование, по меньшей мере, одного или другого расположений в одном или нескольких конкретных местах изделия.
Ауксетическая структура 2500 выполнена с участками динамического материала, расположенными в вершинах и средних точках треугольника зависимости. Например, участки 2506, 2510 и 2514 с центром в точке 2502 начала отсчета расположены в вершинах треугольника зависимости с центром в точке 2502 начала отсчета. Следует отметить, что для достижения отрицательного коэффициента Пуассона ауксетической структуры, те участки динамического материала, которые образуют вершины общего треугольника зависимости, также образуют средние точки разных треугольников зависимости. Иными словами, в возможном аспекте, активная часть участка динамического материала, которая образует вершину первого треугольника зависимости, не будет пересекаться с другими вершинами треугольника зависимости. Средние точки треугольника зависимости с центром в точке 2502 соответствуют участкам 2512, 2504 и 2508.
На фиг. 26 изображен объемный вид в перспективе ауксетической структуры 2600, имеющей рисунок динамических материалов, аналогичный тем, которые изображены на фиг. 25, в соответствии с аспектами данного изобретения. В частности, изображена представительная центральная точка 2602, которая отстоит в положительном направлении Z от плоскости, в которой ауксетический материал должен оставаться в не объемном состоянии. Как показано, участок динамического материала 2604 образует сложную форму со сгибом в вершине 2606. Термин «сложная форма» обозначает пересечение обратных направлений отклонения, которые образуют точки сцепления (например, точки сгиба), как будет показано на фиг. 31-33, речь о которых пойдет ниже.
на фиг. 27 изображен объемный вид в перспективе ауксетической структуры 2700, имеющей рисунок динамических материалов, аналогичный тем, которые изображены на фиг. 25, со стороны поверхности, противоположной той, которая рассмотрена на фиг. 26, в соответствии с аспектами данного изобретения. В результате, изображен треугольник 2706 зависимости, представляющий объемное отклонение в отрицательном направлении Z центральной точки 2704 возможного треугольника зависимости (имеющего средние точки в процессе схождения, приводящем к получению 6-тистороннего объекта). Это отклонение центральной точки, обуславливаемое динамическим материалом на противоположной поверхности материала-носителя 2702, образует объемную структуру этого материала.
Наряду с тем, что на фиг. 21-27 изображены динамические материалы, которые расположены в вершинах и средних точках ориентации треугольника зависимости и поэтому используют сложные формы (например, сгибание) для достижения структурных аспектов, на фиг. 28-30 изображена ауксетическая структура, которая использует механические атрибуты динамических материалов, по существу, вместо использования простой кривой или соединения для достижения структурных аспектов. Иными словами, вместо прохождения между соседними треугольниками зависимости, как изображено на фиг. 21-27, динамические материалы согласно фиг. 28-30, по существу, сочленяют треугольник относительной зависимости (например, треугольник зависимости, в котором они расположены).
На фиг. 28 изображен возможный рисунок для ауксетической структуры 2800, имеющей участки динамического материала, образующие простые изгибы, в соответствии с аспектами данного изобретения. Например, возможный треугольник зависимости может быть образован с центром в иллюстрируемой центральной точке 2810 и может включать в себя динамические материалы участков 2804, 2806 и 2808 как расположенные на материале-носителе 2802. Хотя общая относительная ориентация треугольников зависимости на фиг. 21-30 одна и та же, способы использования динамических материалов для того, чтобы вызвать сочленения граней и участков согласно результирующим объемным аспектам являются разными, как говорилось выше.
На фиг. 29 изображена ауксетическая структура согласно фиг. 28 в частично объемном состоянии 2900 в соответствии с аспектами данного изобретения. В иллюстративных целях изображен треугольник зависимости, имеющий центральную точку 2910, от которой радиально проходят участки 2912, 2914 и 2916 динамического материала. В этом возможном аспекте, каждый из участков динамического материала имеет центр на оси изгиба, проходящий от вершины треугольника зависимости до иллюстративной центральной точки 2910. Кроме того, в этом примере участки динамического материала расположены в пределах треугольника зависимости, для которого они служат (или который частично ограничивают).
Предполагается, что участки материала изогнуты вокруг линии, доходящей до продольной оси, обеспечивая схождение противоположных сторон в результате действия изгиба. Поскольку динамические материалы скреплены или иным образом связаны или сформированы как единое целое с материалом-носителем, материал также находится на этой оси отклонения, образуя объемную структуру.
На фиг. 30 изображена ауксетическая структура согласно фиг. 28 в объемном состоянии 3000 в соответствии с аспектами данного изобретения. Ввиду взаимодействия участков динамического материала (например, участка 3006 динамического материала), есть возможность изобразить на фиг. 30 отклонение средней точки 3004, которое происходит даже без использования динамического материала в средней точке треугольника зависимости с центром в центральной точке 3002. Например, участки динамического материала в вершинах треугольника зависимости и участки динамического материала в вершинах соседних треугольников зависимости взаимодействуют, вызывая отклонение средней точки.
На фиг. 31 изображен возможный участок 3000 динамического материала в соответствии с аспектами данного изобретения. Как говорилось ранее и как будет подробнее сказано ниже применительно к фиг. 37A-37D, динамический материал можно внедрять в нижележащей материал-носитель, наносить на него, связывать или осуществлять иное взаимодействие с ним, вызывая объемное изменение материала-носителя в ответ на стимулирующее воздействие. Как говорилось ранее, материал-носитель может быть материалом любого типа, образующим участок изделия. Например, материал-носитель может быть вязаным, тканым, экструдированным, нетканым или иным гибким материалом, из которого можно сформировать участок изделия.
Участок 3000 динамического материала изображен в целом как прямоугольный участок с раскрытой верхней поверхностью 3102. Вместе с тем, как говорилось ранее и как предполагается, участок динамического материала может иметь любую форму (например, круглую, овальную, квадратную, прямоугольную, пятиугольную, шестиугольную, органическую). Для простоты иллюстрации сложной структуры, на фиг. 31 (и далее на фиг. 34) изображена прямоугольная форма.
Участок 3000 динамического материала изображен с продольной осью 3104 простирающейся на всю длину участка 3000 динамического материала. Как говорилось ранее, в возможном аспекте предполагается, что продольная ось 3104 может быть выровнена с линейным сегментом, проходящим от треугольника зависимости (или может обуславливать этот сегмент), и центральной точкой треугольника зависимости. Как изображено на фиг. 32 и 33, о которых пойдет речь ниже, продольная ось - это линия, по которой сочленяется участок 3000 динамического материала, как в положительном направлении, так и в отрицательном направлении. Именно это взаимодействие и положительного, отрицательного сочленения вдоль общей оси обеспечивает придание объемного изменения участку 3000 динамического материала, что приводит к появлению апекса (например, точки загиба) в пересечении продольной оси 3104 и линии 3106 первого перехода и линии 1308 второго перехода.
На линиях 3106 и 3108 перехода, участок 3000 динамического материала переходит от наличия отрицательного сочленения к наличию положительного сочленения вдоль продольная ось 3104. Кроме того, линии 3106 и 3108 перехода выровнены со сторонами треугольника зависимости возможной ауксетической структуры (или создают эти стороны). Хотя термин «треугольник зависимости» употребляется здесь как указатель геометрической зависимости среди участков динамического материала и точек их сочленения, в возможном аспекте предполагается, что любой геометрический рисунок можно выровнять с одним или несколькими местами сочленения участка 3000 динамического материала. В возможном аспекте, линия 1306 перехода образует угол от продольной оси 3104, который симметричен углу, создаваемому между продольной осью 3104 и линией 3108 перехода. В возможном аспекте, угол между линией перехода и продольной осью находится между 22,5 и 37,5 градусами на грани 3114 (и на грани 3116). Вследствие этого, угол между линиями 3108 и 3106 перехода находится между 45 градусами и 75 градусами. В возможном аспекте, угол между линиями 3108 и 3106 перехода составляет 60 градусов. Когда предполагаются другие геометрии зависимости, в возможных аспектах также предполагаются и дополнительные углы, которые больше 75 градусов и меньше 45 градусов.
Участок 3000 динамического материала образует, по меньшей мере, четыре грани между продольной осью 3104 и линиями 3108 и 3106 перехода. Это грани 3110, 3112, 3116 и 3114. Грани 3110 и 3112 образуют «V»-образную структуру (как изображено на фиг. 32), а грани 3116 и 3114 образуют перевернутую «V»-образную структуру (как изображено на фиг. 33). В возможном аспекте, ориентация участка 3000 динамического материала влияет на результирующую объемную структуру. Например, более ориентированные участки согласно фиг. 10 (например, участки 2004, 2006 и 2008), о которых шла речь ранее, должны иметь грани 3110 и 3112, ориентированные вблизи круглой области 2002 согласно фиг. 20. Кроме того, менее ориентированные участки согласно фиг. 20 должны иметь грани 3116 и 3114, ориентированные вблизи круглой области 2002 согласно фиг. 20. Иными словами, предполагается, что грани 3116 и 3114 образуют вершины треугольника зависимости, а грани 3110 и 3112 располагаются вдоль средних точек согласно треугольнику зависимости.
На фиг. 32 изображено сечение участка 3000 динамического материала вдоль линии 32-32 сечения в соответствии с аспектами данного изобретения. Изображен участок 3000 динамического материала 3000, имеющий верхнюю поверхность 3102 и нижнюю поверхность 3204. Также изображены грани 3114 и 3116 - как проходящие от продольной оси 3104.
На фиг. 33 изображено сечение участка 3000 динамического материала вдоль линии 33-33 сечения в соответствии с аспектами данного изобретения. Изображен участок 3000 динамического материала 3000, имеющий верхнюю поверхность 3102 и нижнюю поверхность 3204. Также изображены грани 3110 и 3112 - как проходящие от продольной оси 3104.
Аналогично фиг. 31, о которой шла речь выше, на фиг. 34 изображен участок 3400 динамического материала в соответствии с аспектом данного изобретения. В частности, участок 3400 динамического материала основан на выпуклой кривой и вогнутой кривой, образующих сложную кривую (этой сложной формы), которая обеспечивает сложную форму для создания объемности. Например, грани 3410 и 3412, сформированные выше дуги 3408 перехода и дуги 3406 перехода, соответственно, являются выпуклыми в этом примере, как изображено на фиг. 36, о чем пойдет речь ниже. Грани 3416 и 3414, сформированные ниже дуги 3408 перехода и дуги 3406 перехода, соответственно, являются вогнутыми в этом примере, как изображено на фиг. 35, о чем пойдет речь ниже.
Радиус дуг 3406 и 3408 перехода может изменяться в зависимости от геометрии зависимости между участками динамического материала. Как говорилось в отношении фиг. 31, угол отклонения линии перехода от продольной оси 3404 можно изменять, как и радиус, определяющий дуги перехода, для достижения желаемой структура и результирующего размера, когда совместно используют множество участков динамического материала.
На фиг. 35 изображено сечение участка 3400 динамического материала вдоль линии 35-35 сечения в соответствии с аспектами данного изобретения. В этой вогнуто-криволинейной структуре изображены грани 3414 и 3416.
На фиг. 36 изображено сечение участка 3400 динамического материала вдоль линии 36-36 сечения в соответствии с аспектами данного изобретения. В этой выпукло-криволинейной структуре изображены грани 3410 и 3412.
Поэтому в возможном аспекте предполагается, что можно воплотить сложные кривые или изгибы для формирования структурного элемента из динамических материалов. Примеры сложных кривых или изгибов рассмотрены, по меньшей мере, в связи с фиг. 20 и 25. В возможном аспекте также предполагается, что можно воплотить простые кривые или изгибы из динамических материалов. Пример простых кривых или изгибов рассмотрен, по меньшей мере, в связи с фиг. 28. Также предполагается, что любую совокупность простых и/или сложных кривых или изгибов можно использовать в обычном изделии для достижения желаемого изменения объемности посредством динамических материалов.
Исходя из вышеизложенного, предполагается, что можно сформировать предмет одежды, такой, как рубашка, шорты, домашние штаны, верхняя одежда (например, пальто, зимние штаны, штаны из непромокаемой ткани) или любой другой носимой одежды, имеющий ауксетическую структуру, которая способна изменять свою форму из-за силы, прикладываемой к нижележащему материалу-носителю динамическим материалом. Это отличается от приложения силы посредством не ассоциированного входного сигнала, например, от человека. Ввиду этого, когда предполагается, что динамический материал внедряют в предмет одежды, также предполагается, что материал-носитель, на котором внедряют динамические материалы, является упругим по своей природе, таким, как в типичном случае используемый в предмете одежды. На материале-носителе располагается некоторое количество участков динамического материала. Например, предполагается, что участки динамического материала могут быть ориентированными радиально вокруг общей точки. В этом примере предполагается, что посредством участка динамического материала образуется сложная форма (например, сложный изгиб, образующий точку загиба, и сложная кривая, образующая дугу загиба). Когда динамический материал реализует стимулирующее воздействие, такое, как тепловая энергия, ауксетическая структура, образованная материалом-носителем и динамическим материалом, изменяет свою толщину с первой до второй, большей. Понятно, что «толщина» структуры ограничивается не толщиной объединенных материалов, а - вместо этого - мерой объемности, формируемой посредством мозаичности или подвижности динамических материалов. Иными словами, когда имеет место объемное состояние, толщину измеряют на основании расстояния смещения центральной точки треугольника зависимости от планарных материалов, где та точка находилась бы при отсутствии объемности, создаваемой динамическими материалами. Еще раз иными словами, «толщина» может быть мерой образующего полость объема, создаваемого за счет смещения участков ауксетической структуры.
Способ изготовления изделия, имеющего внедренный в него динамический материал, для формирования объемного продукта можно осуществлять некоторым количеством предполагаемых путей. Например, предполагается, что динамический материал выполняют как единое целое с изделием. Это выполнение как единого целого может включать в себя нанесение слоистого материала из динамических материалов на материал-носитель, надпечатывание динамического материала на материал-носитель и/или выполнение динамических материалов как единого целого на уровне волокон (например, введение нагнетаемых волокон динамического материала в изготавливаемый материал-носитель). Это выполнение как единого целого может происходить на любой стадии изготовления изделия. Например, выполнение как единого целого может происходить после обработки, во время сборки или в любой момент манипулирования материалами изделия. Также предполагается, что динамические материалы внедряют двумерно, а затем - позже - придают им трехмерную форму. Также предполагается, что динамические материалы вставляют двумерно, придавая относительно двумерную форму, а потом придают им трехмерную форму.
Дополнительный этап в способе может включать в себя внедрение одного или нескольких отклоняющих участков. Отклоняющие участки можно внедрять одновременно (или совместно) с динамическими материалами. Их можно внедрять позднее, например, во время фазы обучения, или их можно внедрять после того, как динамические материалы подвергаются одному или нескольким этапам обучения. Отклоняющий материал можно внедрять теми же путями, которые описаны применительно к динамическим материалам, например, посредством надпечатывания, сцепления, наслаивания, внедрения на уровне волокон и/или механического связывания.
Другой этап в возможном аспекте изготовления изделия с динамическим материалом, внедренным в изделие как единое целое с ним, включает в себя программирование динамического материала на первую форму. Это программирование, как говорилось выше, может включать в себя подвергание материала стимулирующему воздействию, превышающему порог для этого материала. Тогда динамический материал представляет собой, например, полимер с памятью формы, а обучение можно проводить посредством тепловой энергии при температуре выше или ниже температуры стеклования материала.
Еще один этап в возможном аспекте изготовления изделия с внедренным динамическим материалом включает в себя подвергание динамического материала стимулирующему воздействию, достаточному для изменения формы со второй на первую. В этом примере, вторая форма может быть объемной формой, создающей объем, подобный полости (например, предусматривающий толщину, которая больше, чем при первой форме). После приложения стимулирующего воздействия, такого, как тепловая энергия, динамический материал изменяет форму со второй на первую. Это приложение стимулирующего воздействия, вызывающее изменение формы со второй на первую, можно использовать для того, чтобы - в возможном аспекте - гарантировать, что обучение первой форме прошло как положено.
Проницаемые структуры
Аспекты данного изобретения предполагают воплощение динамических материалов для изменения характеристик проницаемости изделия. Например, как говорилось, по меньшей мере, применительно к фиг. 10A-10C и фиг. 16-19В, предполагается, что проницаемость для движения воздуха и/или движения влаги можно изменять посредством манипулирования изделием с помощью динамического материала. Дополнительная концепция, предполагаемая для реализации проницаемости, придаваемой изделию динамическим материалом, иллюстрируется на фиг. 38-42, о которых пойдет речь ниже.
На фиг. 38 изображен ряд сегментов 3800 динамических материалов в соответствии с аспектами данного изобретения. Динамический материал образует сегменты, которые сочленены с материалом-носителем, образующим участок изделия, сформированы на этом материале, выполнены как единое целое с ним, или соединены с ним иным образом. Сегменты динамического материала, такие, как сегмент 3802, обуславливают удлинение сегмента и связанного с ним участка материала-носителя в ответ на стимулирующее воздействие. Например, в ответ на увеличение тепловой энергии (например, рост температуры владельца изделия), сегменты динамического материала растягиваются от конца к концу. Увеличение длины может быть достигнуто посредством динамического материала, увеличивающего угол между одним или несколькими зигзагообразными сегментами отрезка длины сегмента динамического материала.
На фиг. 39 изображена движимая проницаемая структура 3900 из динамического материала в «закрытой» ориентации в соответствии с аспектами данного изобретения. Ряд сегментов динамического материала, таких, как сегменты 3906 и 3908, связаны с двухслойным материалом. Двухслойный материал имеет верхний слой 3902 материала и нижний слой 3904 материала. Верхний слой 3902 и нижний слой 3904 имеют противоположные, но соответственные полуромбические вырезы, образующие участки «жалюзи», проходящие через слои. Участки жалюзи обеспечивают внешний вид согласно форме ромба на основании переплетения полуромбического выреза верхнего слоя 3902 и противоположного полуромбического выреза нижнего слоя 3904.
Как будет изображено на следующих чертежах, когда сегменты 3906 и 3908 динамического материала расширяются в ответ на стимулирующее воздействие (например, увеличение тепловой энергии), нижний слой 3904 подвергается поперечному сжатию за счет сокращения ширины полуромбического выреза верхнего слоя 3902, которое приводит к «образованию складок», направленных кверху, сегмента жалюзи нижнего слоя 3904. Аналогичное воздействие оказывается на верхний слой 3902 по мере его прохождения по нижнему слою 3904. Это координированное воздействие образования складок создает канал, по которому могут проходить газ и влага.
На фиг. 40 изображена движимая проницаемая структура 4000 из динамического материала в «открытой» ориентации в соответствии с аспектами данного изобретения. Сегменты динамического материала на фиг. 40 не изображены; вместе с тем, предполагается, что сегменты динамического материала используются. В возможных аспектах, сегменты динамического материала могут быть расположены на верхней поверхности верхнего материала, на нижней поверхности нижнего материала и/или между верхним и нижним материалами.
Движимая проницаемая структура 4000 из динамического материала находится в открытом состоянии, имеющем эффект «образования складок» нижнего материала по мере его прохождения по верхнему материалу 4001. Например, нижний материал имеет первый участок жалюзи верхней поверхности 4002 и первый участок жалюзи нижней поверхности 4004. Первый участок жалюзи также выполнен из верхнего материала 4001 с участком 4003 верхней поверхности. Второй участок жалюзи изображен с участком 4006 верхней поверхности верхнего материала 4001. Второй участок жалюзи также выполнен из нижнего материала, проходящего сквозь верхний материал 4001, с верхней поверхностью 4010 нижнего материала. Этот второй участок жалюзи обеспечивает проем для переноса тепла, воздуха и влаги сквозь движимую проницаемую структуру 4000 из динамического материала, причем этот проем, выполненный на втором участке жалюзи, обозначен позицией 4008. В возможном аспекте, этот эффект образования складок воспроизводится на нижнем материале, когда участки жалюзи верхнего материала проходят по нижнему материалу.
На фиг. 41 изображено сечение вдоль линии 41-41 сечения согласно фиг. 40 в соответствии с аспектами данного изобретения. Верхний материал 4001 и нижний материал 4102 изображены с переплетением участков жалюзи, образованных полуромбическими вырезами в каждом слое. Например, верхняя поверхность 4003 первого участка жалюзи верхнего материала 4001 изображена проходящей ниже участка жалюзи нижнего материала 4102. Этот первый участок жалюзи нижнего материала 4102 имеет верхнюю поверхность 4002 и нижнюю поверхность 4004. Изображен и второй участок жалюзи, имеющий верхний материал 4001 с верхней поверхностью 4006 на втором участке жалюзи, проходящей ниже нижнего материала 4102. В этой открытой структуре, нижняя поверхность 4102 на втором участке жалюзи имеет раскрытую верхнюю поверхность 4010, которая проходит выше верхнего материала 4001. Открывание первого участка жалюзи и второго участка жалюзи посредством движения динамического материала создает проем 4008 второго участка жалюзи, сквозь который смогут легче проходить тепло и влага.
На фиг. 42 изображена движимая проницаемая структура 4200 из динамического материала в открытом состоянии в соответствии с аспектами данного изобретения. В частности, изображено относительное направление силы, прикладываемой участками динамического материала, чтобы показать направление, вызывающее открывание каналов, по которым сможет проходить воздух. Предполагается, что чем больше увеличение температуры, тем больше величина прикладываемой силы, что приводит к большей величине открывания посредством жалюзийных структур. Вследствие этого, чем больше проницаемость, тем лучше изделие отводит избыток тепла и обеспечивает охлаждающий эффект, что может выразиться в снижении тепловой энергии стимулирующего воздействия, прикладываемой к ППФ. Вследствие этого предполагается, что динамический материал и материалы-носители образуют саморегулирующуюся систему пассивного терморегулирования. Иными словами, чем больше температура тела владельца изделия, тем больше проницаемость, которую обеспечивает изделие. Аналогично, когда тепловая энергия, выделяемая владельцем одежды, уменьшается, уменьшается и проницаемость изделия - пока первый материал и второй материал находятся в скоординированном состоянии быстрого расширения, эффективно перекрывая каналы, образуемые на участках жалюзи.
Ввиду того, что предусматриваются вышеупомянутые аспекты, возможная проницаемая структура для предмета одежды (например, рубашки, шортов, домашних штанов, верхней одежды, головных уборов, перчаточных изделий и обуви) может включать в себя первый участок материала, такой, как участок материалов тех типов, которые представлены здесь в качестве материала-носителя. Первый материал имеет верхнюю поверхность и противоположную нижнюю поверхность, первый конец и противоположной второй конец, а также первую сторону и противоположную вторую сторону. Кроме того, проницаемая структура выполнена со вторым участком материала, имеющим верхнюю поверхность и противоположную нижнюю поверхность, первый конец и противоположной второй конец, а также первую сторону и противоположную вторую стороны. Первый участок материала и второй участок материала выровнены один поверх другого.
В этой возможной проницаемой структуре, первый материал образует жалюзи, такое, как полуромбическое жалюзи. Аналогично, второй материал тоже имеет жалюзи, которое может быть противоположным, но симметричным по отношению к жалюзи первого материала. Предполагается, что в сочетании эти два жалюзи работают совместно, образуя проницаемый канал, по которому возможен перенос воздуха, тепла и/или влаги. Вместе с тем, также предполагается, что для достижения желаемого увеличения проницаемости можно воплотить и единственное жалюзи. Формирование жалюзи может быть достигнуто с помощью жалюзийной щели, проходящей сквозь верхнюю поверхность и нижнюю поверхность материала и проходящей в направлении от первой стороны ко второй стороне с точкой перегиба, расположенной ближе к первому концу, чем ко второму концу, при этом жалюзийная щель первого материала образует жалюзи первого материала. Предполагается, что эта жалюзийная щель может быть прямолинейной или криволинейной. Например, прямолинейная жалюзийная щель может иметь точку перегиба, являющуюся вершиной полуромбического жалюзи, которое нужно сформировать. Аналогично, жалюзийная щель может быть криволинейной, имеющей точку перегиба, являющуюся апексом кривой. Точки перегиба в общем случае ближе к первому концу или второму концу, чем к начальным точкам жалюзийной щели.
Вместе с тем, жалюзи из первого материала и соответствующее, но противоположное жалюзи из второго материала может проходить сквозь противоположный материал, образуя структуру, подобную канальной, которая, когда происходит геометрическое объемное изменение, открывает канал, увеличивая проницаемость. Это объемное изменение может быть достигнуто с помощью динамического материала, такого, как полимер с памятью формы, связанный, по меньшей мере, с первым материалом, если не еще и со вторым материалом. Когда к динамическому материалу прикладывают стимулирующее воздействие, динамический материал одного или нескольких участков первого материала и/или второго материала прикладывает сжимающую или растягивающую силу, которая обуславливает удлинение участков, подвергающихся ее влиянию. Удлиняющая сила вызывает эффект образования складок там, где точки перегиба отстоят в направлении Z от плоскости, в которой они располагались до удлинения. Этот эффект образования складок, в сущности, образует объемный апекс в направлении Z, когда жалюзи отодвигаются от материала, сквозь который они проходят или проделаны.
Здесь представлен возможный аспект изготовления. Вместе с тем, предполагается, что для достижения того же результата можно воплотить дополнительные или другие этапы. Способ может включать в себя этап выполнения динамического материала как единого целого с изделием. Как говорилось ранее, выполнение как единого целого может включать в себя надпечатывание, сцепление, наслаивание или выполнение как единого целого на уровне волокон. Способ может включать в себя программирование динамического материала на первую форму. В возможном аспекте, динамический материал может можно сформировать зигзагообразным, а потом запрограммировать на превращение в более линейный (например, более распрямленный). В этом примере, если динамический материал представляет собой полимер с памятью формы, реагирующий на тепло, то, когда владелец изделия вырабатывает большее тепло, динамический материал распрямляется, что обуславливает удлиняющую силу, результатом которой является открывание одного или нескольких жалюзи. Способ может также включать в себя создание жалюзи в первом материале и/или создание жалюзи во втором материале изделия. Тогда - в возможном аспекте - можно вызвать продолжение участков жалюзи посредством жалюзийной щели, используемой для формирования противоположного жалюзи.
Хотя здесь представлены конкретные воплощения динамических материалов и сборок материалов, понятно, что предполагаются также дополнительные механические структуры и возможности внесения изменений в изображенные механические структуры. Предполагаются изменения размера, геометрии и ориентации одного или нескольких участков механической структуры, при которых динамический материал может способствовать управлению условиями среды, окружающей изделие. Следовательно, хотя конструкция описана выше со ссылками на конкретные аспекты, следует понять, что в рамках предположительного объема защиты, обеспечиваемого нижеследующей формулой изобретения, в описанную конструкцию можно внести модификации и изменения.