CN101287642A - 用于人体部位的复合材料制成的人机学支撑结构件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合材料制成的人机学支撑结构件，该结构件尤其用于支撑人体部位。该结构件包括粘弹性插入物(3)永久固定在其上的主体(2)。主体(2)由复合材料制成并具有增强部件(4)和聚合物主体(5)，所述增强部件(4)从以下物质组成的组中选出：碳纤维、玻璃纤维或类似物。所述粘弹性插入物(3)是聚氨酯凝胶。所述主体(2)和所述粘弹性插入物(3)被透明的聚合物覆盖层(7)覆盖。一种在模具中制造上述结构件的方法。
Description
技术领域
本发明应用于特殊材料制成的机械结构件领域，尤其涉及复合材料制成的支撑结构件。
此外，本发明涉及制造上述结构件的方法。
背景技术
泡沫材料的覆盖衬垫公知用于提高刚性体的舒适度和人机学效益，所述刚性体在使用期间与人体部位接触，所述刚性体例如用于车辆、自行车鞍座或类似物的复合材料的座椅。
然而，由于设计用来支撑衬垫的部分整个被衬垫盖住，使得这种解决方案提供的舒适度和便利性并不令人满意，也不美观。
在为克服上述缺陷而进行的尝试中，在承受最大的使用者压力的区域越来越多地使用凝胶插入物，以提高最需要位置的舒适度。与泡沫比较优选凝胶，因此它的粘弹性特性可以改善响应静应力的界面压力的分布，同时改进响应动应力的振动阻尼以及响应冲击应力的高弹性后作用力。
US-A-6,050,964公开了一种弹性织物结构件，其上具有热塑性凝胶，以形成用于被凝胶覆盖的部分的人机学支撑基座。
这种现有结构件的一个缺陷是，尽管它无疑是舒适和有弹性的，但是包覆凝胶的织物护套容易被割破和断裂，凝胶容易从中漏出。此外，本来美观的凝胶插入物会由护套覆盖。
由US-A-5904396、EP-A2-1382520、US-A-5330249已知与上述结构件等效的另一种技术配置。
US-B-6450572公开了一种具有刚性支撑框架的鞍座，该框架覆盖由更具硬度的泡沫和更具弹性的泡沫组成的双层垫，在垫上形成凝胶部分，该凝胶部分设计成在它们接触使用者的运动部位时发生形状的改变。
尽管这种解决方案舒适并且不会受到不希望的损坏，但是它具有因结合了垫子而产生的缺陷，垫子会使结构件更重且不美观。
至今将一复合材料与凝胶插入物直接连接的问题还没有得到解决。
发明内容
本发明的目的通过提供一种非常有效且相对节省成本的人机学支撑结构件，克服了上述缺陷。
一个具体目的是提供一种人机学支撑结构件，它能够定制，也就是适合任何使用者的身体。
本发明的又一目的是提供一种视觉上美观的人机学支撑结构件。
本发明的另一目的是提供一种质量轻且强度高的人机学支撑结构件。
本发明的还一目的是提供一种制造本发明的人机学支撑结构件的实用且容易再现的方法。
这些目的以及在下文将更加显而易见的其他目的，通过根据权利要求1的复合材料制成的支撑结构件实现，该支撑结构件包括粘弹性插入物永久固定在其上的主体，其中该主体具有至少一个增强部件(reinforcement member)，该增强部件由从密度相对小且机械强度相对高的材料中选出的材料制成，所述增强部件与至少一个用于永久固定所述至少一个插入物的聚合物基体结合。
由于这种特殊构造，本发明的人机学结构件非常舒适，适合于大量应用，例如自行车鞍座、椅子、车辆座椅或类似物的制造。
此外，本发明的结构件可以避免使用在现有结构件中用作舒适元件的垫子。这使得能够制造出舒适且非常轻的结构件。
复合材料和粘弹性材料之间的直接连接也提供了视觉上美观的组件，这在很受样式和美学影响的运动和休闲领域是不可忽略的优点。
有利的是，该至少一个插入物可以放置在所述增强部件上方，以限定对于使用者的容易受控变形的自由接触表面。
由于该技术特征，本发明的结构件满足不同使用者的需要，而不管与结构件接触的身体部位的特殊体型如何。粘弹性材料的固有人机学性质使得结构件能够容易且舒适地适应任何人。
适当的是，本发明的结构件可以具有聚合物覆盖层，该覆盖层设置在所述至少一个插入物和所述聚合物基体顶面上。
由于该特征，结构件接触起来非常舒适也很安全，因为它保护使用者免受任何增强部件断裂的影响，而如果增强部件断裂则可能弹出危险的碎片并伤害使用者。
根据本发明的另一方面，提供了一种根据权利要求9的制造与上面所公开结构件类似的人机学支撑结构件的方法，其包括下列步骤：提供至少一个增强部件，该增强部件由从密度相对小且机械强度相对高的材料中选出的材料制成；提供具有内腔的模具，该内腔的预定形状与支撑结构件主体的外部构造相应；打开所述模具，铺设至少一个增强部件；在所述至少一个增强部件上放置至少一个粘弹性材料制成的插入物；密封所述模具，并将其加热至预定工作温度；冷却所述模具到预定最终温度；以及打开所述模具，从其中取出完成的支撑结构件。
由于上述技术特征，本发明的支撑结构件可以以实用且容易再现的方式制成。
附图说明
通过对根据本发明的结构件的优选非排他实施例的详细描述，本发明的其他特征和优点将更加显而易见，该实施例参考附图描述为非限制性例子，其中：
图1是根据本发明的支撑结构件的立体投影图；
图2是图1细部的立体投影图；
图3是沿平面III-III截取的本发明结构件的剖视图；
图4是沿平面IV-IV截取的本发明结构件的另一剖视图；
图5示出了制造本发明支撑结构件的方法的流程图。
具体实施方式
参见上述附图，本发明的结构件(整体用标记1表示)可以是例如车辆座椅、椅子或自行车鞍座的一部分，如图1所示。
典型地，结构件1包括主体2，主体2上固定有优选由聚氨酯凝胶制成的粘弹性插入物3。该插入物限定一个对于使用者的自由接触表面S，由于它固有的人机学性质，它可以自由地放置在使用者和结构件1之间的接触区域处，例如如果是自行车鞍座，则放置在坐骨或前列腺部位。
主体2由复合材料制成，这种复合材料已知基本上由增强部件4结合热塑或热固型聚合物基体5组成。
具体地，部件4的密度小且机械强度大，即抵抗压缩和/或拉伸和/或弯曲和/或扭曲和/或剪切应力的能力强。此外，如所公知的，基体5基本上由一个或多个可能增强的热塑或热固树脂组成。
根据本发明，与基体5结合的增强部件4可以包括例如由碳纤维、玻璃纤维或类似物制成的纤维膜6，具体如图3所示，纤维膜6可以嵌入基体5中。
在这种构造中，插入物3将通过化学和/或机械结合而永久固定在主体2上，插入物3将在结构件的制造过程中形成，该制造过程如下所述包括使聚合物基体5聚合的加热步骤。这提供了整体式结构件1，插入物3在其中与主体2形成一体，具体如图4所示。
方便的是，增强部件4和基体5均可以包含强化纤维、微粒或毫微粒子。
如上所述，结构件1可以包括具有保护作用的聚合物覆盖层7。
有利的是，层7可以是透明的，以便可以看到主体2的复合材料和插入物3的凝胶之间令人赏心悦目的连接。
制造结构件1的方法包括以下步骤。
第一步骤是步骤a)，在该步骤中提供片状的增强部件4，如上所述增强部件4包括碳纤维、玻璃纤维或类似物制成的膜6。
适当的是，膜6可以用树脂5预先浸渍，或可以是干片的形式。
在接下来的步骤b)中，提供具有主体2形状的模具。如果上述膜6不预先浸渍，模具则可以具有一个或多个往里面注射聚合物基体5用的孔，聚合物基体5随后将加入干膜6。
然后，在步骤c)中，打开模具并铺设增强部件4，在接下来的步骤d)中，在增强部件4上进一步放置一个或多个插入物3。
如所公知的，插入物3的凝胶的密度可以不同。如果它是液体形式，则可以将它灌入模具中。这种情况下，模具将适当地具有一个或多个特殊成形的刻槽的(carved)外壳，用于容纳凝胶。
有利的是，可以在模具中放置覆盖层7，用于保护膜6和插入物3，从而提供上述优点。
在接下来的步骤e)中，密封模具，并将模具加热到预定工作温度，如果如上所提出的已经铺设了干片形式的膜6，则可以在注入基体5之后将模具加热到预定工作温度。该温度可以是20℃至300℃，优选为大约120℃。该温度将典型地接近基体5的玻璃软化温度。在该步骤中，将形成化学和/或机械结合，从而提供由主体2、插入物3和可能的膜6形成的整体组件。
将模具冷却到18℃至50℃，优选为大约20℃的预定最终温度的步骤f)之后，将是最后的步骤g)，在该步骤中打开模具，并取出完成的支撑结构件1。
上述公开内容清楚地表明，本发明的结构件达到了拟定目的，尤其满足提供一种非常舒适且可定制的支撑结构件的需求。
非常舒适的结构件通过直接连接主体2的复合材料和插入物3的凝胶得到，并且能够适应任何使用者的人体测量体型。
本发明的结构件可以在所附权利要求公开的发明构思的范围内，进行许多改变和变形。在不脱离本发明范围的情况下，它的所有元件都可以用其他技术等价物替换，材料也可以根据不同的需求进行变化。
尽管已经具体参考附图对结构件进行了描述，但是本公开内容和权利要求中引用的附图标记仅仅是用于更好地理解本发明，并不意在以任何方式限制要求保护的范围。
Claims (15)
1.一种由复合材料制成的人机学支撑结构件，尤其用于支撑人体部位，所述支撑结构件包括粘弹性插入物(3)永久固定在其上的主体(2)，其中所述主体(2)具有至少一个增强部件(4)，所述增强部件(4)由从密度相对小且机械强度相对高的材料中选出的材料制成，所述增强部件(4)与至少一个用于永久固定所述至少一个插入物(3)的聚合物基体(5)结合。
2.如权利要求1所述的结构件，其特征在于，所述至少一个插入物(3)放置在所述增强部件(4)上方，以限定对于使用者的容易受控变形的自由接触表面(S)。
3.如权利要求1所述的结构件，其特征在于，所述增强部件(4)包括纤维膜(6)，该纤维膜(6)设计成嵌入所述聚合物基体(5)中。
4.如权利要求3所述的鞍状结构件，其特征在于，所述纤维膜(6)从下列物质组成的组中选出：碳纤维、玻璃纤维或类似物。
5.如权利要求1所述的结构件，其特征在于，它包括聚合物覆盖层(7)，该覆盖层放置在所述至少一个插入物(3)和所述聚合物基体(5)的顶面(S’)上。
6.如权利要求5所述的结构件，其特征在于，所述覆盖层(7)是透明的。
7.如权利要求1所述的结构件，其特征在于，所述粘弹性材料是凝胶材料。
8.如权利要求7所述的结构件，其特征在于，所述凝胶从聚氨酯凝胶的组中选出。
9.一种制造如权利要求1至8中一项或多项所述的由复合材料制成的人机学支撑结构件的方法，所述支撑结构件尤其用于支撑人体部位，所述方法包括以下步骤：
a)提供至少一个增强部件(4)，该增强部件由从密度相对小且压缩和剪切应力的机械抵抗力相对高的材料中选出的材料制成；
b)提供具有预定形状内腔的模具，该预定形状与支撑结构件主体(2)的外部构造相应；
c)打开所述模具，在其中放入至少一个增强部件(4)；
d)在所述至少一个增强部件(4)上放置至少一个粘弹性材料制成的插入物(3)；
e)密封所述模具，并将其加热至预定工作温度；
f)冷却所述模具到预定最终温度；
g)打开所述模具，从其中取出完成的支撑结构件(2)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用聚合物基体(5)浸渍所述至少一个增强层(4)。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，它包括将聚合物覆盖层(7)放置在所述至少一个插入物(3)和所述增强部件(4)的顶面(S’)上的步骤。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述模具具有至少一个往里面注入热塑树脂(5)或热固树脂用的孔。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述模具具有至少一个刻槽的外壳，用于容纳所述至少一个粘弹性插入物(3)。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预定工作温度为20℃至300℃，优选为大约120℃。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预定最终温度为18℃至50℃，优选为大约20℃。
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