CN107073809A - 包括取向交联的半结晶聚合物的灯具及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了灯具(100、200、400、500、600、700)，所述灯具包括照明元件(10、20、40、50、60、70)、邻近所述照明元件设置或连接到所述照明元件的取向交联的半结晶聚合物(12、22、42、52、62、72)，以及控制机构(14、24、44、64、74)。所述控制机构与所述照明元件(10、20、40、50、60、70)电连通并且控制所述照明元件的能量输出和所述取向交联的半结晶聚合物(12、22、42、52、62、72)的温度。通常，当所述控制机构改变所述取向交联的半结晶聚合物的温度时，所述聚合物的形状改变。还提供了一种制造灯具(100、200、400、500、600、700)的方法。所述方法包括提供照明元件(10、20、40、50、60、70)、形成交联的半结晶聚合物(12、22、42、52、62、72)，以及将所述交联的半结晶聚合物邻近所述照明元件(10、20、40、50、60、70)设置或将所述交联的半结晶聚合物连接到所述照明元件。所述方法还包括将所述控制机构(14、24、44、64、74)与所述照明元件电连接。
Description
技术领域
提供了改变其几何构型的灯具，并且提供了制造灯具的方法。
背景技术
大多数可商购获得的灯具为固定式灯具。如果用户期望来自此类灯具的不同位置或方向的能量输出，则用户通常必须物理移动或调节该固定装置本身，例如调节灯具上的遮罩角度。本领域中几个最近的发明利用机械装置(例如，马达)来使得实现对照明灯具的构型改变，例如采用独立控制灯和马达的机械装置。
因此，仍然需要响应于外部刺激改变其构型的灯具。
发明内容
提供了包括交联的半结晶聚合物的灯具。在第一方面，提供了灯具，其包括照明元件、邻近该照明元件设置或连接到该照明元件的取向交联的半结晶聚合物和控制机构。控制机构与该照明元件电连通，并且控制该照明元件的能量输出和取向交联的半结晶聚合物的温度。
在第二方面，提供了制造灯具的方法。该方法包括提供照明元件、形成交联的半结晶聚合物、以及将该交联的半结晶聚合物邻近照明元件设置或将该交联的半结晶聚合物连接到照明元件。该方法还包括将控制机构与照明元件电连接。该控制机构控制照明元件的能量输出和取向交联的半结晶聚合物的温度。
灯具响应于外部刺激有利地改变其构型。
附图说明
图1为示例性灯具侧视示意图。
图2为另一个示例性灯具的侧视示意图。
图3为示例性交联的半结晶层压体的横截面示意图。
图4A为其中关断控制机构的示例性灯具的侧视示意图。
图4B为其中控制机构被接通到第一强度级的图4A的灯具的侧视示意图。
图4C为其中控制机构被接通到高于第一强度级的第二强度级，并且相比于控制机构被关断时取向交联的半结晶聚合物的温度提高的图4B的灯具的侧视示意图。
图4D为在相比于图4C的灯具，取向交联的半结晶聚合物的温度增加之后的图4C的灯具的侧视示意图。
图4E为其中关断控制机构的图4D的灯具的侧视示意图。
图4F为其中关断控制机构并且在相比于图4E的灯具，取向交联的半结晶聚合物的温度提高之后的图4E的灯具的侧视示意图。
图4G为在相比于图4F的灯具，取向交联的半结晶聚合物的温度降低之后的图4F的灯具的侧视示意图。
图5A为其中关断控制机构的包括遮罩的示例性灯具的侧视示意图。
图5B为其中控制机构被接通到第一强度级，并且相比于控制机构被关断时取向交联的半结晶聚合物的温度提高的图5A的灯具的侧视示意图。
图5C为其中控制机构被接通到高于第一强度级的第二强度级，并且相比于图5B的灯具，取向交联的半结晶聚合物的温度提高的图5B的灯具的侧视示意图。
图6A为其中关断控制机构的示例性灯具的侧视示意图。
图6B为接通控制机构之后的图6A的灯具的侧视示意图。
图7A为其中关断控制机构的示例性灯具的侧视示意图。
图7B为接通控制机构之后的图6A的灯具的侧视示意图。
图8为聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)膜在恒定力下的应力百分比和温度对时间的图。
图9为实施例2的层压体的规格化遮罩直径和切换强度级对时间的图。
虽然以上所识别的附图(可不按比例绘制)示出了本公开的各种实施方案，但也可设想其它实施方案，如在具体实施方式中所指出。
具体实施方式
提供了灯具和制造包含交联的半结晶聚合物的灯具的方法。
通过端点表述的任何数值范围旨在包括范围的端点、范围内的所有数以及规定范围内的任何较窄的范围(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。除非另外指明，否则在说明书和实施方案中所使用的所有表达数量或成分、特性测量等的数值在一切情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则前述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。在最低程度上且不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围的前提下，至少应当根据所报告的数值的有效数位并通过应用普通四舍五入法来解释每个数值参数。
对于以下给出定义的术语的术语表，除非在权利要求书或说明书中的其它地方另外给出了不同的定义，否则整个申请都应当应用这些定义。
术语表
在整个说明书和权利要求书中所使用的某些术语虽然大部分为人们所熟知，但可仍然需要作出一些解释。应当理解，如本文所用：
术语“一个/一种”、“该”和“所述”可与“至少一个/至少一种”互换使用，意指一个或多个/一种或多种所述要素。
术语“和/或”意指任一者或两者。例如，表达“A和/或B”意指A、B，或A和B的组合。
术语“照明元件”是指灯具的输出光的一部分。在许多方面，照明元件包括可将电灯泡设置在其中的电灯插座。
术语“电连通”是指经由电路的连接。
术语“层压体”是指包括沿着主表面彼此邻近设置的至少两个层(例如，堆叠层)的材料。
术语“弹性”是指在被弯曲、压缩或拉伸之后回到初始形式或位置。
术语“聚合物材料”是指由至少一种聚合物构成的物质。
术语“复合材料”是指同时包含聚合物成分和非聚合物成分的材料。
术语“泡沫”是指开孔或闭孔聚合物材料。
在第一方面，提供了灯具。更具体地，提供了灯具，其包括照明元件、邻近照明元件设置或连接到照明元件的取向交联的半结晶聚合物和控制机构。控制机构与照明元件电连通并且控制照明元件的能量输出和取向交联的半结晶聚合物的温度。
半结晶聚合物由无定形区和结晶区的混合物组成。结晶区更为有序，并且链段包络在晶格中。如果结晶区被加热到高于聚合物的熔融温度，则分子变得较不有序或更无规。如果快速冷却，则该较不有序特征被“冷冻”在适当的位置并且所得的聚合物被称为是无定形的。如果缓慢冷却，则这些分子可重新包络以形成结晶区并且聚合物被称为半结晶。一些聚合物保持无定形并且示出没有结晶的趋势。一些聚合物可通过热处理、拉伸或取向，并且通过溶剂诱导进行半结晶，并且这些过程可控制结晶程度。
取向交联的半结晶聚合物可包括例如但不限于聚乙烯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、辐射交联的聚环辛烯、聚氨酯、聚酰胺和聚交酯。
聚乙烯聚合物包含长的烃链并且包括例如低密度聚乙烯(LDPE)、中等密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。可商购获得的聚乙烯聚合物包括得自明尼苏达州伊登普雷利的帕莱斯迪克国际公司(Plastics International(EdenPrairie,MN))的LDPE。
聚乙烯-共-乙酸乙酯酯聚合物为乙酸乙烯酯和乙烯的共聚物，诸如以ELVAX商品名购自杜邦公司(特拉华州威明顿)(E.I.duPont de Nemours(Wilmington,DE))的那些。
辐射交联的聚环辛烯聚合物经由顺环辛烯的开环易位聚合来合成，之后通过电子束或伽马辐射进行交联。可商购获得的聚环辛烯聚合物包括得自德国艾森市的赢创工业公司(Evonik Industries(Essen,Germany))的具有商品名VESTENAMER 8012的那些。
聚氨酯聚合物为由包含至少两个异氰酸酯基团(-N＝C＝O)的在本文中被称为“异氰酸酯”的化合物与包含至少两个含活性氢基团的化合物的反应产物制成的聚合物。含活性氢的基团的示例包括伯醇、仲醇、酚和水。其它含活性氢的基团包括伯胺和仲胺，其与异氰酸酯反应以形成脲键，从而制备聚脲。一种合适的聚氨酯可以商品名ESTANE 58309从俄亥俄州克利夫兰的路博润先进材料有限公司(Lubrizol Advanced Materials,Inc.(Cleveland,OH))商购获得。
聚酰胺聚合物的特征在于具有酰胺基，即–C(O)NH–。合适的聚酰胺包括例如由内酰胺(诸如十二碳内酰胺)、二胺和二酸产生的聚己内酰胺或三元共聚物。可商购获得的热塑性聚酰胺包括得自特拉华州威明顿的杜邦公司(E.I.duPont de Nemours(Wilmington,DE))的具有商品名Elvamide 8061的那些。
聚交酯聚合物包括通过乳酸二聚体、丙交酯的开环聚合反应制备的那些。乳酸为光学活性的，并且二聚体以四种不同形式出现：L,L-丙交酯、D,D-丙交酯、D,L-丙交酯(内消旋丙交酯)和L,L-与D,D-的外消旋混合物。通过使这些作为纯化合物或共混物的丙交酯聚合，可获得具有不同立体构型和不同物理特性(包括结晶度)的聚丙交酯聚合物。L,L-丙交酯或D,D-丙交酯产生半结晶聚交酯。可商购获得的聚交酯包括得自奈琪沃克有限责任公司(明尼苏达州迷你唐卡)(NatureWorks LLC(Minnetonka,MN))的具有商品名PLA 4032D的那些。
在分子水平上，交联的半结晶聚合物表示包括由网格点连接的链段的聚合物网。网格点可通过聚合物链的缠结或某些聚合物嵌段的分子间相互作用而形成。这些网格点被称为物理交联。共价键形式的网格点形成化学交联。
当网格点持续在那些温度下时，在偏置负载下交联的半结晶聚合物随着改变跨其熔点(Tm)的温度可表现出显著可逆的形状变化。不受理伦的束缚，在高于其Tm的温度下，施加至交联聚合物的负载使得其变形，并且变形程度由聚合物的弹性模量确定。该变形引起分子在偏置负载的方向上取向。随着温度下降到低于其Tm，可结晶片段沿着偏置力的取向结晶，引起附加变形。随着温度随后提高到高于其Tm，交联聚合物表现出橡胶弹性并且缩回到其结晶之前呈现的一般程度的变形。交联半结晶聚合物的可逆形状变化的量级取决于其交联密度、偏置力的量级、温度变化的速率以及发生可逆形状变化的温度范围。
值得注意的是，该过程可独立自主地用许多循环在恒定偏置负载下重复。相比之下，在单向形状记忆循环中，施加引起变形的负载并且然后移除负载以生成临时形状。本文中的该过程有利地不需要负载的外部修改。虽然将期望这里所使用的交联的半结晶聚合物显示单向形状记忆行为，但许多其它聚合物，尤其是无定形聚合物、非晶聚合物或玻璃状聚合物可显示单向形状记忆行为而不显示相应灯具所需的双向行为。
参考图1，提供了灯具的示例性侧视示意图。灯具100包括照明元件10、连接到照明元件10的取向交联的半结晶聚合物12和控制机构14。控制机构14与照明元件10电连通并且控制照明元件10的能量输出和取向交联的半结晶聚合物12的温度。在图1的实施方案中，照明元件10包括电灯插座，其中电灯泡11设置在电灯插座内(例如，与其电连通)。照明元件10附接到取向交联的半结晶聚合物12并且照明元件10的重量由取向交联的半结晶聚合物12支撑。在此类实施方案中，取向交联的半结晶聚合物12以取向交联的半结晶聚合物12温度上的变化来影响照明元件10的位置。这是因为取向交联的半结晶聚合物温度上的变化引起取向交联的半结晶聚合物的形状变化，并且聚合物的形状变化将改变附接到取向交联的半结晶聚合物的照明元件的位置。
灯具100还包括与控制机构14电连通的加热元件16。控制机构14通过控制从照明元件10的能量输出和/或从加热元件16施加至取向交联的半结晶聚合物12的热的量来控制取向交联的半结晶聚合物12的温度。在图1所示的构型中，应当理解，照明元件10的能量输出一般背离取向交联的半结晶聚合物12，因此采用加热元件16改变取向交联的半结晶聚合物12的温度可为尤其可用的。可提供各种构型的加热元件16，诸如如图1所示沿着取向交联的半结晶聚合物12长度的至少一部分围绕其外部卷绕的条带，或与单部分或多部分加热室(未示出)接触的片。多部分加热室可被构造成套筒式接合以调节交联的半结晶聚合物的变化长度。取向交联的半结晶聚合物的另一种构型为穿过多个滑轮并且位于加热室中的聚合物的长度，这相比不采用滑轮的条件下将允许更大长度的取向交联的半结晶聚合物适配到加热室中，以及允许伴随地随着加热室中的温度变化更大程度的形状变化。
不同的灯泡提供不同水平的能量输出(例如，紧凑型荧光灯泡通常比白纸灯泡发出的辐射热少。)关于照明元件的术语“能量输出”涵盖由照明元件发射的波长，诸如可见光波长、红外波长和紫外波长。不管特定灯具的构型如何，用加热元件供应照明元件的能量输出以实现取向交联的半结晶聚合物的期望温度变化的能力是有利的。
参考图2，提供了另一个灯具的示例性侧视示意图。灯具200包括照明元件20、连接到照明元件20的取向交联的半结晶聚合物22和控制机构24。控制机构24与照明元件20电连通并且控制照明元件20的能量输出和取向交联的半结晶聚合物22的温度。该实施方案的照明元件20包括电灯插座(未示出)。电灯插座至少部分地由遮罩23围绕，并且灯泡25设置在电灯插座内。在图2所示的实施方案中，灯具200还包括柔性支架27和电源线28。电源线28被示出插入到电源插座29中，电源插座29与控制机构24电连通。从而，控制机构24经由电源线28和电源插座29与照明元件20可移除电连通。
参考图3，取向交联的半结晶聚合物32被层压到弹性材料34以形成交联的半结晶层压体300。如以上所注意到的，术语“弹性”是指在被弯曲、压缩或拉伸之后回到初始形式或位置的材料。更具体地，弹性材料包含小于50×10-6/摄氏度的膨胀系数，诸如小于40×10-6/摄氏度或小于30×10-6/摄氏度。合适的弹性材料包括例如但不限于金属、纤维强化的聚合物复合材料、填充的聚合物复合材料或玻璃。弹性材料有利地为取向交联的半结晶聚合物提供恒定的应力，由此使得层压体将用作双向形状记忆聚合物。术语“双向形状记忆聚合物”是指当被加热到高于初始温度时改变形状，并且然后在应力下在冷却到初始温度时回到其先前形状的聚合物。例如，当取向交联的半结晶聚合物的温度从初始温度T1改变为第二较高的温度T2时，层压体的形状将从初始形状S1改变为第二不同的形状S2。如果取向交联的半结晶聚合物的温度回到初始温度T1时，那么在弹性材料的应力下，层压体的形状将回到初始形状S1。层压体可在初始形状与不同的形状之间来回循环多次。
交联的半结晶层压体300优选地包括设置在取向交联的半结晶聚合物与弹性材料之间的粘合剂36。在某些实施方案中，粘合剂包括泡沫粘合剂。丙烯酸泡沫胶带可以商品名“VHB”和“ACRYLIC FOAM TAPE”从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company(SSt.Paul,MN))商购获得。在另一个实施方案中，可使用聚氨酯泡沫胶带。聚氨酯泡沫胶带可以商品名“2845URETHANE FOAM TAPE”、“THERMALBOND V2100”和“T-Bond II”从纽约州格威里的圣戈班高功能塑料公司(Saint-Gobain Performance Plastics(Grandville,N.Y))商购获得。根据某些实施方案，粘合剂包括环氧树脂粘合剂、氨基甲酸酯粘合剂、聚醚粘合剂、丙烯酸酯粘合剂、氰基丙烯酸酯粘合剂或它们的组合。合适的环氧树脂粘合剂、氨基甲酸酯粘合剂、丙烯酸酯粘合剂和氰基丙烯酸酯粘合剂可以商品名“3M SCOTCH-WELD”从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company(St.Paul,MN))商购获得。合适的聚醚粘合剂可以商品名“CHEMLINK CLEAR”从密歇根州斯库克拉夫特的化学链接产品有限责任公司(CHEM LINKproducts,LLC,(Schoolcraft,MI))商购获得。由于层压体中大的内部应力，粘合剂被选择用于强力地附着到取向交联的半结晶聚合物和弹性材料两者，以最小化层压体结构的潜在失效。粘合剂任选地包含至少0.3毫米、至少0.4毫米、至少0.5毫米、至少0.6毫米、至少0.8毫米或甚至至少1毫米的厚度。通常，粘合剂的厚度越大，层压体的响应将越大。
层压体可以取向交联的半结晶聚合物温度上的变化来有利地影响从照明元件发射的光的方向。如以上所注意到的，取向交联的半结晶聚合物任选地起到双向形状记忆聚合物的作用。施加应力以实现双向形状记忆聚合物作用是由层压体的弹性材料提供的。例如，当提高取向交联的半结晶聚合物的温度时，取向交联的半结晶聚合物的形状改变，并且层压到取向交联的半结晶聚合物的弹性材料也改变形状。交联的半结晶聚合物的经改变的形状的应力引起层压体中的物理应变。当随后降低取向交联的半结晶聚合物的温度时，取向交联的半结晶聚合物的形状在层压体中弹性材料的应力下改变。
取向交联的半结晶聚合物的构型没有具体限制；例如，取向交联的半结晶聚合物可包括多个片段、图案、复杂形状或它们的组合。在许多实施方案中，取向交联的半结晶聚合物包括多个片段，该多个片段协同一起形成至少部分围绕照明元件的遮罩。例如，返回参考图2，遮罩23包括多个各自具有花瓣形状的片段21。在另选的方面，灯具遮罩包括复杂形状，在复杂形状中，当取向交联的半结晶聚合物的温度改变时形状的一部分改变取向。
参考图6A，提供了另外示例性灯具的侧视示意图。灯具600包括照明元件60、连接到照明元件60的取向交联的半结晶聚合物62和控制机构64。控制机构64与照明元件60电连通并且控制照明元件60的能量输出和取向交联的半结晶聚合物62的温度。在图6A的实施方案中，照明元件60包括电灯插座，其中灯泡61设置在电灯插座内(例如，与其电连通)。照明元件60附接到取向交联的半结晶聚合物62，并且照明元件60的重量至少部分地由取向交联的半结晶聚合物62支撑。灯具600还包括遮罩63和加热元件66，该加热元件66与控制机构64电连通并且盘绕取向交联的半结晶聚合物62。控制机构64通过控制从照明元件60的能量输出和/或从加热元件16施加至取向交联的半结晶聚合物62的热的量来控制取向交联的半结晶聚合物62的温度。
现参考图6B，灯具600的位置受取向交联的半结晶聚合物62的长度的变化的影响，该长度的变化归因于取向交联的半结晶聚合物62的温度上的变化。具体地，减小取向交联的半结晶聚合物62的长度改变了灯具600的角度，并且因此改变了来自灯具600的光输出的方向，灯具600包括灯泡61和遮罩63。
参考图7A，提供了另一个示例性灯具的侧视示意图。灯具700包括照明元件70、连接到照明元件70的取向交联的半结晶聚合物72和控制机构74。控制机构74与照明元件70电连通并且控制照明元件70的能量输出和取向交联的半结晶聚合物72的温度。在图7A的实施方案中，照明元件70包括电灯插座，其中灯泡75设置在电灯插座内。照明元件70邻近取向交联的半结晶聚合物72设置，该取向交联的半结晶聚合物72至少部分指引来自灯泡75的光输出并且因此被称为遮罩73。取向交联的半结晶聚合物72被层压到弹性材料71以形成交联的半结晶层压体。控制机构74通过控制从照明元件70的能量输出施加至取向交联的半结晶聚合物72的热的量来控制取向交联的半结晶聚合物72的温度。
现参考图7B，灯具700的方向受取向交联的半结晶聚合物72的长度的变化的影响，该长度的变化归因于取向交联的半结晶聚合物72的温度上的变化。具体地，减小取向交联的半结晶聚合物72的长度使得遮罩73的层压体部分远离灯泡75弯曲。
有利地，单个控制机构控制照明元件的能量输出(例如，光的亮度)和施加至取向交联的半结晶聚合物的热的量两者。在某些实施方案中，控制机构包括单个电路。使用单个电路允许用户简单地将灯具插到典型的电源插座中或将灯具有线连接到建筑物现有的线路而无需专用电路。优选地，控制机构例如由包括调光开关的控制机构为照明元件提供可变电压或脉冲电压。只具有“接通”和“断开”状态的控制机构可为合适的；然而，可设定能量范围的控制机构诸如调光开关提供对能量输出和取向交联的半结晶聚合物的温度的更精细控制。取向交联的半结晶聚合物的温度影响取向交联的半结晶聚合物的形状，从而当控制机构改变取向交联的半结晶聚合物的温度时，取向交联的半结晶聚合物的形状改变。
取向交联的半结晶聚合物的尺寸没有具体限制。在一个实施方案中，取向交联的半结晶聚合物包括长比宽为至少4、或至少5、或至少6、或至少8、或至少10、或甚至至少15的纵横比。例如，灯具任选地为包括由取向交联的半结晶聚合物悬垂的照明元件的悬吊式灯具。此类实施方案通常将包括具有高纵横比的取向交联的半结晶聚合物。熟练的技术人员可使用以下方程式来确定取向交联的半结晶聚合物的合适尺寸，由此使得照明元件的质量将提供正确量的应力以实现双向形状记忆聚合物效应：
其中G为悬吊式灯具上的重力，A为交联的半结晶聚合物的横截面积，并且E为从半结晶聚合物在Tm+20℃下的应力-应变曲线导出的半结晶聚合物的模量，其中Tm为半结晶聚合物的熔点。对装置的期望应变极限由ε1和ε2表示，并且10％<ε1<ε2<1000％。在某些实施方案中，10％<ε1<ε2<1000％，或100％<ε1<ε2<300％，或50％<ε1<ε2<200％。
在第二方面提供了方法。更具体地，该方法包括提供照明元件、形成交联的半结晶聚合物，以及将交联的半结晶聚合物邻近照明元件设置或将交联的半结晶聚合物连接到照明元件。该方法还包括将控制机构与照明元件电连接。控制机构控制照明元件的能量输出和取向交联的半结晶聚合物的温度。
在许多实施方案中，形成交联的半结晶聚合物还包括使交联的半结晶聚合物取向为比在取向之前交联的半结晶聚合物的长度大至少25％的长度，或比在取向之前交联的半结晶聚合物的长度大至少50％、或大至少75％、或大至少100％、或大至少125％、或甚至大至少150％的长度。取向的程度越大，在使用期间形状上的变化越大。取向交联的半结晶聚合物将在受热时恢复其取向长度的至少50％，或者在受热时恢复其取向长度的至少60％、或至少75％、或甚至至少85％。
在某些实施方案中，形成取向交联的半结晶聚合物还包括将取向交联的半结晶聚合物层压到弹性材料以形成交联的半结晶层压体。弹性材料包含小于50×10-6/摄氏度的膨胀系数，如以上所论述的。
此外，形成取向交联的半结晶聚合物任选地包括在取向之前诸如使用电子束辐射来使交联的半结晶聚合物辐射交联。一般通过向保持在约10-6托的真空室内的反射屏极与提取栅极之间夹持的钨丝细丝施加高电压来产生电子束(e-beam)。以高电流加热细丝以产生电子。电子被反射屏极和提取栅极导向和加速朝向金属箔的窄窗。加速的电子以超过107米/秒(m/s)的速度行进并且具有约100千电子伏特至300千电子伏特(keV)的能量，穿过箔窗从真空室出去并且穿透紧定位在箔窗外的无论什么材料。所生成的电子的量与提取栅极电压直接有关。当提取栅极电压增大时，从钨丝细丝中提取的电子的量增加。电子束发生器可从多种来源商购获得，包括得自马萨诸塞州威尔明顿的能源科学有限公司(EnergySciences,Inc.(Wilmington,Mass.))的ESI“ELECTROCURE”EB SYSTEM以及得自爱荷华州达文波特的PCT工程系统公司(PCT Engineered Systems,LLC(Davenport,Iowa))的BROADBEAM EB PROCESSOR。对于任何指定件的设备和辐照样本位置，释放的剂量可根据名称为“放射性铬膜剂量测定系统使用规范(Practice for Use of a Radiochromic FilmDosimetry System)”的ASTM E-1275来测量。通过改变提取器栅极电压、束直径和/或到源的距离，可获得各种剂量率。
制品是通过如以上关于第一方面详细所述的方法来制造的。
描述了为灯具或制造灯具的方法的各种项目。
实施方案1为灯具，其包括照明元件、邻近照明元件设置或连接到照明元件的取向交联的半结晶聚合物和控制机构。控制机构与照明元件电连通并且控制照明元件的能量输出和取向交联的半结晶聚合物的温度。
实施方案2为实施方案1的灯具，还包括与控制机构电连通的加热元件。
实施方案3为实施方案1或实施方案2的灯具，其中控制机构通过控制从照明元件的能量输出、从加热元件或它们的组合施加至取向交联的半结晶聚合物的热的量来控制取向交联的半结晶聚合物的温度。
实施方案4为实施方案3的灯具，其中控制机构通过控制从加热元件施加至取向交联的半结晶聚合物的热的量来控制取向交联的半结晶聚合物的温度。
实施方案5为实施方案3的灯具，其中控制机构通过控制从照明元件的能量输出施加至取向交联的半结晶聚合物的热的量来控制取向交联的半结晶聚合物的温度。
实施方案6为实施方案1至4中任一项的灯具，其中照明元件附接到取向交联的半结晶聚合物，并且照明元件的重量由取向交联的半结晶聚合物支撑。
实施方案7为实施方案1至6中任一项的灯具，其中取向交联的半结晶聚合物具有长比宽为至少4的纵横比。
实施方案8为实施方案1至4、6或7中任一项的灯具，其中灯具为包括由取向交联的半结晶聚合物悬垂的照明元件的悬吊式灯具。
实施方案9为实施方案1至3、5或7中任一项的灯具，其中取向交联的半结晶聚合物被层压到弹性材料以形成交联的半结晶层压体，其中弹性材料包含小于50×10-6/摄氏度的膨胀系数。
实施方案10为实施方案9的灯具，其中交联的半结晶层压体形成至少部分围绕照明元件的遮罩。
实施方案11为实施方案1至8中任一项的灯具，其中取向交联的半结晶聚合物以取向交联的半结晶聚合物的温度上的变化来影响照明元件的位置。
实施方案12为实施方案9或实施方案10的灯具，其中层压体以取向交联的半结晶聚合物的温度上的变化来影响从照明元件发射的光的方向。
实施方案13为实施方案9至12中任一项的灯具，其中弹性材料为金属、纤维强化的聚合物复合材料、填充的聚合物复合材料或玻璃。
实施方案14为实施方案9至13中任一项的灯具，其中交联的半结晶层压体包括设置在取向交联的半结晶聚合物与弹性材料之间的粘合剂。
实施方案15为实施方案14的灯具，其中粘合剂包括泡沫粘合剂。
实施方案16为实施方案14或实施方案15的灯具，其中粘合剂包含至少0.4毫米的厚度。
实施方案17为实施方案9至16中任一项的灯具，其中取向交联的半结晶聚合物包括多个片段、图案、复杂形状或它们的组合。
实施方案18为实施方案17的灯具，其中取向交联的半结晶聚合物包括多个片段，该多个片段协同一起形成至少部分围绕照明元件的遮罩。
实施方案19为实施方案18的灯具，其中取向交联的半结晶聚合物的每个片段包含花瓣形状。
实施方案20为实施方案1至19中任一项的灯具，其中控制机构包括单个电路。
实施方案21为实施方案1至20中任一项的灯具，其中控制机构为照明元件提供可变电压或脉冲电压。
实施方案22为实施方案1至21中任一项的灯具，其中控制机构包括调光开关。
实施方案23为实施方案1至22中任一项的灯具，其中照明元件包括被构造用于与灯泡电连通的电灯插座。
实施方案24为实施方案1至23中任一项的灯具，其中取向交联的半结晶聚合物选自聚乙烯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、辐射交联的聚环辛烯、聚氨酯、聚酰胺和聚交酯。
实施方案25为实施方案1至24中任一项的灯具，其中当控制机构改变取向交联的半结晶聚合物的温度时，取向交联的半结晶聚合物的形状改变。
实施方案26为实施方案1至25中任一项的灯具，其中取向交联的半结晶聚合物为双向形状记忆聚合物。
实施方案27为一种制造灯具的方法，该方法包括提供照明元件，形成交联的半结晶聚合物，以及将交联的半结晶聚合物邻近照明元件设置或将交联的半结晶聚合物连接到照明元件。该方法还包括将控制机构与照明元件电连接。控制机构控制照明元件的能量输出和取向交联的半结晶聚合物的温度。
实施方案28为实施方案27的方法，其中形成交联的半结晶聚合物还包括使交联的半结晶聚合物取向为比在取向之前交联的半结晶聚合物的长度大至少25％的长度。
实施方案29为实施方案27或实施方案28的方法，其中形成交联的半结晶聚合物还包括使交联的半结晶聚合物取向为比在取向之前交联的半结晶聚合物的长度大至少50％的长度。
实施方案30为实施方案27至29的方法，其中形成交联的半结晶聚合物还包括使交联的半结晶聚合物取向为比在取向之前交联的半结晶聚合物的长度大至少100％的长度。
实施方案31为实施方案27至30中任一项的方法，其中形成交联的半结晶聚合物还包括将取向交联的半结晶聚合物层压到弹性材料以形成交联的半结晶层压体，其中弹性材料包含小于50×10-6/摄氏度的膨胀系数。
实施方案32为实施方案27至31中任一项的方法，其中形成取向交联的半结晶聚合物包括在取向之前辐射交联交联的半结晶聚合物。
实施方案33为实施方案27至32中任一项的方法，其中灯具还包括与控制机构电连通的加热元件。
实施方案34为实施方案27至33中任一项的方法，其中控制机构通过控制从照明元件的能量输出、从加热元件或它们的组合施加至取向交联的半结晶聚合物的热的量来控制取向交联的半结晶聚合物的温度。
实施方案35为实施方案34的方法，其中控制机构通过控制从加热元件施加至取向交联的半结晶聚合物的热的量来控制取向交联的半结晶聚合物的温度。
实施方案36为实施方案34的方法，其中控制机构通过控制从照明元件的能量输出施加至取向交联的半结晶聚合物的热的量来控制取向交联的半结晶聚合物的温度。
实施方案37为实施方案27至36中任一项的方法，其中照明元件附接到取向交联的半结晶聚合物并且照明元件的重量由取向交联的半结晶聚合物支撑。
实施方案38为实施方案27至37中任一项的方法，其中取向交联的半结晶聚合物具有长比宽为至少4的纵横比。
实施方案39为实施方案27至35、37或38中任一项的方法，其中灯具为包括由取向交联的半结晶聚合物悬垂的照明元件的悬吊式灯具。
实施方案40为实施方案27至34、36或38中任一项的方法，其中取向交联的半结晶聚合物被层压到弹性材料以形成交联的半结晶层压体，其中弹性材料包含小于50×10-6/摄氏度的膨胀系数。
实施方案41为实施方案40的方法，其中交联的半结晶层压体形成至少部分围绕照明元件的遮罩。
实施方案42为实施方案40或实施方案41中任一项的方法，其中层压体以取向交联的半结晶聚合物的温度上的变化来影响从照明元件发射的光的方向。
实施方案43为实施方案40或实施方案41中任一项的方法，其中层压体以取向交联的半结晶聚合物的方向上的变化来影响从照明元件发射的光的方向。
实施方案44为实施方案40至43中任一项的方法，其中弹性材料为金属、纤维强化的聚合物复合材料、填充的聚合物复合材料或玻璃。
实施方案45为实施方案40至44中任一项的方法，其中交联的半结晶层压体包括设置在取向交联的半结晶聚合物与弹性材料之间的粘合剂。
实施方案46为实施方案45的方法，其中粘合剂包括泡沫粘合剂。
实施方案47为实施方案45或实施方案46的方法，其中粘合剂包含至少0.4毫米的厚度。
实施方案48为实施方案40至47中任一项的方法，其中取向交联的半结晶聚合物包括多个片段、图案、复杂形状或它们的组合。
实施方案49为实施方案48的方法，其中取向交联的半结晶聚合物包括多个片段，该多个片段协同一起形成至少部分围绕照明元件的遮罩。
实施方案50为实施方案49的方法，其中取向交联的半结晶聚合物的每个片段包含花瓣形状。
实施方案51为实施方案27至50中任一项的方法，其中控制机构包括单个电路。
实施方案52为实施方案27至51中任一项的方法，其中控制机构为照明元件提供可变电压或脉冲电压。
实施方案53为实施方案27至52中任一项的方法，其中控制机构包括调光开关。
实施方案54为实施方案27至53中任一项的方法，其中照明元件包括被构造用于与电灯泡电连通的电灯插座。
实施方案55为实施方案27至54中任一项的方法，其中取向交联的半结晶聚合物为交联的半结晶聚合物。
实施方案56为实施方案27至55中任一项的方法，其中取向交联的半结晶聚合物选自聚乙烯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、辐射交联的聚环辛烯、聚氨酯、聚酰胺和聚交酯。
实施方案57为实施方案27至56中任一项的方法，其中当控制机构改变取向交联的半结晶聚合物的温度时，取向交联的半结晶聚合物的形状改变。
实施方案58为根据实施方案27至57中任一项所述的方法，其中取向交联的半结晶聚合物为双向形状记忆聚合物。
实施例
通过下面的实施例另外示出了本发明的目的和优点，但这些实施例中列举的具体材料及其量以及其它条件和细节不应被解释为是对本发明的不当限制。这些实施例仅仅为了进行示意性的说明，并非旨在限制所附权利要求的范围。
材料
聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)(Elvax 460)可购自特拉华州威明顿的杜邦公司(DuPont(Wilmington,DE))。聚(环辛烯)(Vestenamer 8012)可购自俄亥俄州斯托的美国斯克公司(Struktol Company of America(Stow,OH))。低密度聚乙烯(LDPE)可购自明尼苏达州伊登普雷利的帕莱斯迪克国际公司(Plastics International(Eden Prairie,MN))。
制备例1：辐射交联的Elvax 460
以40密耳垫片间隔件在120℃下将可直接使用的Elvax 460树脂熔融压入Carver压机(印第安纳州沃巴什的卡弗有限公司(Carver,Inc.,Wabash,IN))中达10min。然后在膜的每个侧面上以220kV和每次6MRad通过6次来电子束固化pEVA膜。
制备例2：辐射交联的LDPE
在120℃下将可直接使用的LDPE熔融压入Carver压机中达10min，压成0.3mm的膜。然后在膜的每个侧面上以220kV和每次12MRad通过3次来电子束固化LDPE膜。
制备例3：辐射交联的Vestenamer 8012
在100℃下将可直接使用的Vestenamer 8012树脂熔融压入Carver压机中达10min，压成0.3mm的膜。然后在膜的每个侧面上以220kV和每次6MRad通过6次来电子束固化Vestenamer 8012膜。
测试方法：
DSC：
以10℃/min的加热速率和20℃/min的冷却速率在TA Q2000仪器(特拉华州纽卡斯尔的TA仪器公司(TA Instruments,New Castle,DE))上执行DSC实验。从第二加热中的熔融吸热峰中取得聚合物树脂的熔融温度(Tm)。测量制备例1的Tm为85℃。
张力试验：
使用英斯特朗张力试验仪(马萨诸塞州诺伍德的英斯特朗公司)(InstronTensile Tester(Instron,Norwood,MA))来获得交联的半结晶聚合物的应力-应变曲线。以50.8mm的夹持间距将12.7mm宽和0.28mm厚的样本试样装载到在Tm+25℃下的环境室中的仪器上。在以50.8mm/min的速率装载之前允许样本试样在样本室中平衡5min。根据穿过99％和101％应变值处的数据点的线的斜率来记录样本的模量。对于制备例1，120℃下的模量为0.22MPa。
可逆形变表征：
使用DMA Q800仪器(特拉华州纽卡斯尔的TA仪器公司(TA Instruments,NewCastle,DE))在“受控力”模式下评估交联的半结晶聚合物的可逆形变。试样为标称厚度为0.30mm、标称宽度为6mm的材料的条带。首先将试样加热到100℃，并且然后使它们经受在0N和4N范围内的静力，以产生在0％和150％范围内的应变。允许样本在该静力下平衡10min，在这之后使温度以10℃/min的速率在100℃与0℃之间匀降。记录给定样本在给定静力下的上限应变和下限应变。结果示于表1中。这些结果示出，制备例中的每个都显示出双向记忆行为并且适用于响应型照明制品。
实施例1的构建：
切割来自制备例1的材料的12英寸长的条带(2mm宽，0.4mm厚)，以匹配悬吊式照明元件(50g，包括在简单插座中的电灯泡)的质量。选择这些尺寸以使得G/AE＝278％。加热室包括12英寸的直立杆(得自亚马逊公司(Amazon.com)的Hunter 26019)和加热带(得自亚马逊公司(Amazon.com)的BIH051020L，在120V下105瓦特)。加热带被均匀地卷绕在直立杆周围并且平行于照明元件连接。在满功率下观察到加热室达到100℃。将照明元件附接到取向交联的半结晶聚合物条带的下端，并且将取向交联的半结晶聚合物条带放置在加热室的中心。通过连接到120V交流电的单个调光开关来控制加热带和照明元件两者。首先在满功率下接通照明元件时，加热取向交联的半结晶聚合物条带，并且随后该取向交联的半结晶聚合物条带达到其新的长度l0’，新的长度l0’比初始长度l0长40％。关断灯具引起将加热室冷却回室温，并且交联的半结晶聚合物条带达到其全长l’，l’比l0长110％。调节调光开关引起加热室中不同的温度，该温度使交联的半结晶聚合物的长度在l0’和l’之间变化。同时，在全亮度与关断之间调节照明元件的光输出。图8示出了取向交联的半结晶聚合物在恒定的偏置力下的应变。
参考图4A，示出了其中关断控制机构的实施例1的灯具的侧视示意图。灯具400包括照明元件40、连接到照明元件40的取向交联的半结晶聚合物42和控制机构44。控制机构44与照明元件40电连通并且控制照明元件40的能量输出和取向交联的半结晶聚合物42的温度。照明元件40包括电灯插座，其中电灯泡41设置在电灯插座内(例如，与其电连通)。照明元件40附接到取向交联的半结晶聚合物42并且照明元件40的重量由取向交联的半结晶聚合物42支撑。灯具400还包括与控制机构44电连通的加热元件46。控制机构44通过控制从照明元件40的能量输出和/或从加热元件46施加至取向交联的半结晶聚合物42的热的量来控制取向交联的半结晶聚合物42的温度。加热元件46围绕加热室(未示出)卷绕，加热室容纳取向交联的半结晶聚合物42的长度的一部分。
图4B为其中控制机构44被接通到第一强度级的图4A的灯具的侧视示意图。图4C为其中控制机构44被接通到高于第一强度级的第二强度级，并且相比于控制机构44被关断时取向交联的半结晶聚合物42的温度提高的图4B的灯具的侧视示意图。因此，取向交联的半结晶聚合物44的长度减小，这引起灯泡41相比于其在关断控制机构44时的位置向上移动。图4D为在相比于图4C的灯具，取向交联的半结晶聚合物42的温度提高之后的图4C的灯具的侧视示意图。类似于图4C，图4D中取向交联的半结晶聚合物44的长度进一步减小，引起灯泡41相比于其在图4C中的位置向上移动。
图4E为其中随后关断控制机构44的图4D的灯具的侧视示意图。图4F为其中已经关断控制机构44，并且在相比于图4E的灯具，取向交联的半结晶聚合物42的温度提高之后的图4E的灯具的侧视示意图。因此，取向交联的半结晶聚合物42的长度增加，这引起灯泡41相比于其在刚关断控制机构44之后时的位置向下移动。图4G为在相比于图4F的灯具，取向交联的半结晶聚合物42的温度降低，并且取向交联的半结晶聚合物42的长度增加之后的图4F的灯具的侧视示意图。取向交联的半结晶聚合物42的长度增加至大约与在初始接通控制机构44之前图4A的取向交联的半结晶聚合物42的长度相同的长度。
表1
实施例2的构建
在250℉下将聚环辛烯(Vestenamer 8012)挤出成0.33mm厚和10cm宽的膜。然后在300KeV下将膜暴露于9MRad的电子束辐射下。用丙酮擦拭一片10cm×18cm的该膜。以1.25cm的间隔将墨标记放置在膜上。然后用热风枪加热膜直到它变透明为止，并且然后拉伸它直到墨标记之间的间距为2.5cm为止。然后用手持式电晕发生器(得自伊利诺斯州芝加哥的电工产品有限公司(Electro-Technic Products,Inc.,Chicago,IL)的BD-20AC)来处理膜2分钟。使用以底漆溶液弄湿的纸巾来施加胶带底漆94(Tape Primer 94)(得自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M,St.Paul,MN))的薄型涂层。用甲苯冲洗不锈钢垫片材料(PrecisionBrand 22L3或Grainger 3L605，15cm×25cm×0.08mm)的片材，并且然后用以3M粘合增进剂(3M Adhesion Promoter 111)(3M公司(3M)弄湿的纸巾来擦拭该片材。然后附着一片VHB带5930(3M公司(3M))以覆盖整个涂底漆的不锈钢表面。相对的不锈钢表面被卷绕在具有23cm直径的圆柱体周围，并且然后将涂底漆的聚环辛烯膜层压到处于弯曲状态的经暴露的VHB胶带表面。将所得的层压体切成各自长为8.8cm的条带，该条带在一个端部上具有1.9cm的方底并且在另一个端部上具有半径为1.1cm的半圆形。然后用热风枪将这些条带加热到高于60℃的温度，并且然后条带自发地朝向聚合物面向内弯曲。将铝片材(15cm×3.75cm×0.16cm)弯成具有5.4cm内径的新月形。将VHB带5925(6cm×1.2cm)的条带附接到铝片材的一个边缘。然后将八个层压体条带中的每个的正方形端部附着到VHB带5925的另一个表面。然后将铝条带固定在具有60W吊扇灯泡(得自俄亥俄州东克利夫兰的通用电气公司(General Electric Company,East Cleveland,OH)的14029)的灯具周围，由此使得条带围绕灯泡。然后将灯泡连接到用于120V AC电流的调光开关。当调光开关设定为不同的功率强度时，条带的曲率也改变。一般来讲，在具有弱光的低功率强度下，条带将采取比在灯关断时的状态更小的曲率。在具有强光的高功率强度下，条带将在它们的底部处彼此分开。总体作用为条带形成围绕灯泡的遮罩，并且遮罩的开口的直径随着高强度光增大并且随着低强度光减小。
参考图5A，提供了其中关断控制机构的实施例2的灯具的侧视示意图。灯具500包括照明元件50、连接到照明元件50的取向交联的半结晶聚合物52和控制机构51。控制机构51与照明元件50电连通并且控制照明元件50的能量输出和取向交联的半结晶聚合物52的温度。该实施方案的照明元件50包括电灯插座(未示出)。电灯插座至少部分地由遮罩53围绕，并且电灯泡55设置在电灯插座内。灯具500还包括柔性颈部57和电源线58。电源线58被示出插入到电源插座59中，电源插座29与控制机构51电连通。图5B为其中控制机构51被接通到第一强度级，并且相比于控制机构51被关断(在图5A中)时取向交联的半结晶聚合物52的温度提高的图5A的灯具的侧视示意图。图5C为其中控制机构51被接通到高于第一强度级的第二强度级，并且相比于图5B的灯具，取向交联的半结晶聚合物52的温度提高的图5B的灯具的侧视示意图。遮罩53的直径(例如，在花瓣的顶端处)被示出在图5B与图5C之间伸展。
功率强度随着调光开关变化并且最大的灯遮罩直径被测量为时间的函数。所得的灯遮罩直径、功率强度和时间曲线示于图9中。
虽然以某些示例性实施方案详细描述了本说明书，但应当理解，本领域的技术人员在理解前述内容后，可容易地想到这些实施方案的更改、变型和等同形式。此外，本文引用的所有出版物和专利均以引用的方式全文并入本文中，如同被特别地和单独地指出的各个单独的出版物或专利都以引用方式并入一般。已描述了各种示例性实施方案。这些实施方案以及其它实施方案在以下权利要求书的范围内。
Claims (15)
1.一种灯具，所述灯具包括：
a)照明元件；
b)邻近所述照明元件设置或连接到所述照明元件的取向交联的半结晶聚合物；以及
c)与所述照明元件电连通的控制机构，所述控制机构控制所述照明元件的能量输出和所述取向交联的半结晶聚合物的温度。
2.根据权利要求1所述的灯具，所述灯具还包括与所述控制机构电连通的加热元件。
3.根据权利要求1或2所述的灯具，其中所述控制机构通过控制从所述照明元件的所述能量输出、从所述加热元件或它们的组合施加至所述取向交联的半结晶聚合物的热的量来控制所述取向交联的半结晶聚合物的温度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的灯具，其中所述照明元件附接到所述取向交联的半结晶聚合物，并且所述照明元件的重量由所述取向交联的半结晶聚合物支撑。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的灯具，其中所述取向交联的半结晶聚合物被层压到弹性材料以形成交联的半结晶层压体，其中所述弹性材料包含小于50×10-6/摄氏度的膨胀系数。
6.根据权利要求5所述的灯具，其中所述交联的半结晶聚合物形成至少部分围绕所述照明元件的遮罩。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的灯具，其中所述取向交联的半结晶聚合物以所述取向交联的半结晶聚合物的温度上的变化来影响所述照明元件的位置。
8.根据权利要求5或6所述的灯具，其中所述层压体以所述取向交联的半结晶聚合物的温度上的变化来影响从所述照明元件发射的光的方向。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的灯具，其中所述控制机构包括单个电路。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的灯具，其中所述控制机构包括调光开关。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的灯具，其中所述取向交联的半结晶聚合物选自聚乙烯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、辐射交联的聚环辛烯、聚氨酯、聚酰胺和聚交酯。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的灯具，其中所述取向交联的半结晶聚合物为双向形状记忆聚合物。
13.一种制造灯具的方法，所述方法包括：
a)提供照明元件；
b)形成交联的半结晶聚合物；
c)将所述交联的半结晶聚合物邻近所述照明元件设置或将所述交联的半结晶聚合物连接到所述照明元件；以及
c)将控制机构与所述照明元件电连通，所述控制机构控制所述照明元件的能量输出和所述交联的半结晶聚合物的温度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中形成交联的半结晶聚合物还包括使所述交联的半结晶聚合物取向为比在所述取向之前所述交联的半结晶聚合物的长度大至少50％的长度。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中形成取向交联的半结晶聚合物还包括将所述取向交联的半结晶聚合物层压到弹性材料以形成交联的半结晶层压体，其中所述弹性材料包含小于50×10-6/摄氏度的膨胀系数。
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