[發明專利]一種基于形狀記憶聚合物的雙向溫控開關系統和方法

有效

• 申請號: 201810088780.8
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108321010B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 冷勁松;劉彥菊;劉立武;辛曉洲;林程;蘭鑫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01H37/32
• 分類號: H01H37/32;H01H37/00;H01H11/00
• 代理公司: 11473 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 閆冬;吳航<國際申請>=<國際公布>=<

1.一種基于形狀記憶聚合物的雙向溫控開關系統，其特征在于，包括聚合物雙向開關、碳膏層、接線柱、連接線、底座，所述聚合物雙向開關由具有形狀記憶的聚合物制成，所述碳膏層包括第一碳膏層和第二碳膏層，所述第一碳膏層和所述第二碳膏層分別均勻涂抹在所述聚合物雙向開關的兩側，兩個所述碳膏層互不連接；所述接線柱包括第一接線柱和第二接線柱，兩個所述接線柱分別位于所述聚合物雙向開關的兩側，所述第一接線柱位于所述第一碳膏層一側，所述第二接線柱位于所述第二碳膏層一側；所述聚合物雙向開關在不同溫度下分別向兩側彎曲，實現所述第一碳膏層與所述第一接線柱的接觸導電和所述第二碳膏層與所述第二接線柱的接觸導電；所述連接線將所述雙向溫控開關系統與兩個外圍電路連接，所述接線柱和所述聚合物雙向開關均安裝在所述底座上。

2.如權利要求1所述的一種基于形狀記憶聚合物的雙向溫控開關系統，其特征在于，所述聚合物雙向開關包括苯乙烯聚合物基體、苯乙烯聚合物纖維、環氧樹脂纖維，所述苯乙烯聚合物基體為豎直中空的長方體，所述苯乙烯聚合物纖維與所述環氧樹脂纖維均為細長纖維，所述苯乙烯聚合物纖維沿所述第一接線柱軸線方向插入所述苯乙烯聚合物基體位于所述第一接線柱一側的內部，所述環氧樹脂纖維沿所述第二接線柱軸線方向插入所述苯乙烯聚合物基體位于所述第二接線柱一側的內部。

3.如權利要求2所述的一種基于形狀記憶聚合物的雙向溫控開關系統，其特征在于，所述苯乙烯聚合物基體的玻璃化溫度為50℃。

4.如權利要求3所述的一種基于形狀記憶聚合物的雙向溫控開關系統，其特征在于，所述苯乙烯聚合物纖維的玻璃化溫度為100℃，所述苯乙烯聚合物纖維具有45％的預應變。

5.如權利要求4所述的一種基于形狀記憶聚合物的雙向溫控開關系統，其特征在于，所述環氧樹脂纖維的玻璃化溫度為150℃，所述環氧樹脂纖維具有90％的預應變。

6.如權利要求5所述的一種基于形狀記憶聚合物的雙向溫控開關系統，其特征在于，所述苯乙烯聚合物纖維和所述環氧樹脂纖維的體積分數均為13％～14％，所述苯乙烯聚合物纖維和所述環氧樹脂纖維應變前的長度相同。

7.如權利要求6所述的一種基于形狀記憶聚合物的雙向溫控開關系統，其特征在于，所述連接線包括第一連接線、第二連接線、第三連接線、第四連接線，所述第一連接線連接所述第一接線柱，所述第二連接線連接所述第一碳膏層，所述第三連接線連接所述第二碳膏層，所述第四連接線連接所述第二接線柱。

8.如權利要求7所述的一種基于形狀記憶聚合物的雙向溫控開關系統，其特征在于，所述外圍電路包括第一工作件、第二工作件、第一電源、第二電源，所述第一連接線與所述第一工作件連接，所述第二連接線與所述第一電源連接，所述第一工作件與所述第一電源連接；所述第三連接線與所述第二電源連接，所述第四連接線與所述第二工作件連接，所述第二工作件和所述第二電源連接。

9.一種如權利要求2-8任一所述的聚合物雙向開關的制備方法，其特征在于，包括：

S1、分別制作具有形狀記憶效應的所述苯乙烯聚合物纖維和所述環氧樹脂纖維并固化，待纖維固化脫模后，將所述苯乙烯聚合物纖維在環境溫度為120℃的溫度箱中張拉45％，將所述環氧樹脂纖維在環境溫度為170℃的溫度箱中張拉90％，并保證張拉后所述苯乙烯聚合物纖維和所述環氧樹脂纖維的長度相同；

S2、保持所述苯乙烯聚合物纖維和所述環氧樹脂纖維的張拉應變，將溫度箱溫度降至室溫后，取出所述苯乙烯聚合物纖維和所述環氧樹脂纖維，此時所述苯乙烯聚合物纖維和所述環氧樹脂纖維保持預定的45％和90％的張拉應變；

S3、將張拉后的所述苯乙烯聚合物纖維和所述環氧樹脂纖維分別按照預定位置放入所述苯乙烯聚合物基體的模具中，倒入熔融狀態的基體樹脂并固化脫模，實現張拉后的所述苯乙烯聚合物纖維和所述環氧樹脂纖維與所述苯乙烯聚合物基體的粘結；

S4、將脫膜后的所述苯乙烯聚合物基體的兩側面分別均勻涂上所述第一碳膏層和所述第二碳膏層。

10.一種如權利要求8所述的雙向溫控開關系統的工作方法，其特征在于，包括：

S1、當環境溫度小于50℃時，溫控開關處于初始狀態；

S2、當環境溫度升高至50～100℃時，所述苯乙烯聚合物基體由玻璃態轉化為橡膠態，所述苯乙烯聚合物纖維與所述環氧樹脂纖維不發生變化，在該溫度范圍內，所述苯乙烯聚合物基體的彈性模量降低，所述苯乙烯聚合物纖維與所述環氧樹脂纖維的剛度下降但仍處在玻璃態，溫控開關保持初始狀態，所述外圍電路斷開連接；

S3、當環境溫度升高至100～150℃時，所述苯乙烯聚合物纖維由玻璃態轉化為橡膠態，在該環境溫度下，所述苯乙烯聚合物纖維回復到未張拉前的狀態，所述苯乙烯聚合物纖維發生收縮，所述聚合物雙向開關向第一接線柱彎曲，所述第一碳膏層與所述第一接線柱接觸，接通所述第一連接線與所述第二連接線，從而接通所述第一工作件和所述第一電源，所述第一工作件開始工作，實現在100～150℃下通過溫度控制電路閉合的功能；

S4、當環境溫度升高至大于150時，所述環氧樹脂纖維由玻璃態轉化為橡膠態，在該環境溫度下，所述環氧樹脂纖維回復到未張拉狀態，所述環氧樹脂纖維發生收縮，所述環氧樹脂纖維的收縮量大于所述苯乙烯聚合物纖維的收縮量，所述聚合物雙向開關向第二接線柱彎曲，所述第二碳膏層與所述第二接線柱接觸，接通所述第三連接線與所述第四連接線，從而接通所述第二工作件和所述第二電源，所述第二工作件開始工作，實現在大于150℃時通過溫度控制電路閉合的功能；此時所述第一連接線與所述第二連接線斷開，所述第一工作件停止工作。