CN107599908A - 一种碳纤维增强可变形安全座椅及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强可变形安全座椅及其制备方法，座椅包括座椅本体、电热控制装置及冷却装置，所述座椅本体由碳纤维电热线编织成座椅形状并由形状记忆高分子填充获得，所述电热控制装置控制电热电源对碳纤维电热线进行加热并控温，所述冷却装置对座椅本体进行通风冷却。方法为先将碳纤维电热线编织成座椅形状的预成型体并将保留碳纤维电热线的接头，再将预成型体放入座椅模具中并注射形状记忆高分子固化后形成座椅本体，然后将电热控制装置连接碳纤维电热线的接头，并将冷却装置中的通过管路安装在座椅本体的底部和背部。

Description

一种碳纤维增强可变形安全座椅及其制备方法

技术领域

本发明涉及座椅领域，特别是一种可变形、安全性能高的座椅。

背景技术

座椅是人们日常生活离不开的必备物品，目前的座椅绝大部分都是固定形状的座椅，不同的使用者感受的舒适度不同，与座椅形状相符身材的使用者感受到的舒适度会高些，而不符的使用者则会觉得坐在上面极不舒服的感觉。而在某些危险环境中，比如可能会发生碰撞、冲击等高速行驶、飞行的环境中，不合适的座椅就不仅仅是舒适度的问题，而是安全问题，座椅过大会使使用者滑出，座椅过小时，座椅的边缘会对使用者造成额外的二次伤害，汽车中的座椅调整仅仅是座椅位置的粗略调整，并不能调整座椅的形状。

因此，针对以上情况需要一种既安全、又舒适，并且能够适应不同使用者身材的座椅。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种碳纤维增强可变形安全座椅及其制备方法，既安全、舒适，又能够适合不同身材的使用者。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种碳纤维增强可变形安全座椅，包括座椅本体、电热控制装置及冷却装置，所述座椅本体由碳纤维电热线编织成座椅形状并由形状记忆高分子填充获得，所述电热控制装置控制电热电源对碳纤维电热线进行加热并控温，所述冷却装置对座椅本体进行通风冷却。

所述电热控制装置为能够对碳纤维电热线进行加热并控温的装置。所述冷却装置为能够对座椅本体进行通风冷却的装置。

本发明采用碳纤维电热线，首先，使编织成的座椅保持了碳纤维出色的力学性能，在发生突然事故时能够起到增强座椅、吸收能量、保护使用者人身安全的作用。其次，通过碳纤维电热线使座椅内的形状记忆高分子发生形变，从而使座椅形状能够完全契合人身，避免了使用者在受到碰撞、冲击时从座椅中滑出或者受到座椅边缘的二次伤害。第三，碳纤维电热线的温度可控性高、冲温小，防止使用者烫伤。

优选的，所述碳纤维电热线的材料为高强度碳纤维。

优选的，所述形状记忆高分子为热致型形状记忆高分子。如聚降冰片烯、聚四亚甲基二醇-二苯甲烷二异氰酸酯等。

进一步优选的，所述高强度碳纤维为T300级碳纤维、T700级碳纤维或T800级碳纤维。

优选的，所述电热控制装置包括电热电源开关和温控模块，所述温控模块控制碳纤维电热线的加热温度。

优选的，所述冷却装置包括控制开关、鼓风装置和通风管路，所述通风管路安装在座椅本体的底部和背部，所述鼓风装置对通风管路通风以降低座椅本体的温度。

一种碳纤维增强可变形安全座椅的制备方法，先将碳纤维电热线编织成座椅形状的预成型体并将保留碳纤维电热线的接头，再将预成型体放入座椅模具中并注射形状记忆高分子固化后形成座椅本体，然后将电热控制装置连接碳纤维电热线的接头，并将冷却装置中的通过管路安装在座椅本体的底部和背部。

优选的，步骤为：

(1)碳纤维电热线的制备：将碳纤维和护皮材料通过电热线生产机制备成碳纤维电热线；

(2)碳纤维电热线预成型：将碳纤维电热线编织成座椅形状的预成型体，并将碳纤维电热线接头留在外面；

(3)将预成型体放入座椅模具中，并注射形状记忆高分子固化后形成座椅本体；

(4)将座椅本体从模具中取出，将外露的碳纤维电热线的接头连接电热控制装置，将冷却装置中的通过管路安装在座椅本体的底部和背部。

进一步优选的，步骤(2)中，当形状记忆高分子为热塑性高分子时，将热塑性高分子熔融后注射进入模具中，然后冷却成型；当形状记忆高分子为热固性高分子时，将热固性高分子注射入模具中后，加热使热固性高分子固化成型。

更进一步优选的，当形状记忆高分子为热塑性高分子时，熔融温度为80℃～200℃，采用注射方式为加压注射；当形状记忆高分子为热固性高分子时，固化温度为100℃～250℃。

一种上述碳纤维增强可变形安全座椅在汽车中的应用。

一种汽车，包括上述碳纤维增强可变形安全座椅。

一种列车，包括上述碳纤维增强可变形安全座椅。

一种飞机，包括上述碳纤维增强可变形安全座椅。

一种轮船，包括上述碳纤维增强可变形安全座椅。

当需要调整座椅形状使其适合使用者体型的时候，首先将电热控制装置接通电源，并打开电热电源开关，然后通过温控模块调节碳纤维电热线的温度；碳纤维电热线在温控模块的控制下达到设定温度，并将热量传递给形状记忆高分子，形状记忆高分子受热后形状开始向初始成型形状改变，模量降低，此时使用者坐在座椅上，对座椅施加负载即变形力，座椅受到使用者施加的负载后，形状开始发生变化，转变成使用者与之接触的身体的形状；然后关掉电热控制元件，同时打开冷却装置控制开关，鼓风装置工作，通过鼓风使座椅冷却，冷却后座椅变成与使用者匹配的形状并且不再发生改变，最后关掉冷却装置开关。

本发明的有益效果为：

碳纤维具有很高的力学性能，和良好的电热温度可控性能，由碳纤维和外层护皮制成的电热线既保持了碳纤维出色的力学性能，又发挥碳纤维优良的电热性。在本发明中，碳纤维电热线首先是座椅的增强材料，提高座椅的安全系数，尤其是在汽车中高速行驶过程中，碳纤维电热线保留了碳纤维的力学性能，在发生突然事故时能够起到增强座椅、吸收能量、保护使用者人身安全的作用；其次，碳纤维电热线与普通、常用的金属加热线相比，碳纤维电热线的温度可控性高、冲温小，不会发生温度超过设定值过多而使使用者难以承受的情况，普通的金属电热线在加热时冲温高，常常会发生比设定温度高十几度甚至几十度的情况，这样会让使用者感到不舒服，甚至被烫伤。

记忆性高分子受热后形状发生改性，根据受力的状态而发生改变，冷却后能够固定成受力状态的形状。本发明使用碳纤维电热线增强可记忆变形高分子，能够使座椅在可控的加热下改变形状，变成与使用者身形相符的形状，并且冷却后能够保留这种形状。这样首先可以提高使用者使用座椅的舒适度，其次，也是更重要的，能够提高座椅使用的安全性，由于座椅可根据使用者身形调节座椅形状，使座椅形状能够完全契合使用者，避免了使用者在受到碰撞、冲击时从座椅中滑出或者受到座椅边缘的二次伤害。

本发明具有安全性高、使用舒适的特点，特别适合在高速行驶等可能受到碰撞、冲击的环境中使用，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1.座椅本体，1-1.形状记忆高分子，1-2.碳纤维电热线，2.电热控制装置，2-1.电热电源开关，2-2.温控模块，3.冷却装置，3-1.通风管路，3-2.控制开关，3-3.鼓风装置。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种碳纤维增强可变形安全座椅，如图1所示，包括座椅本体1、电热控制装置2及冷却装置3，座椅本体1由碳纤维电热线1-2编织成座椅形状并由形状记忆高分子1-1填充获得，电热控制装置2控制电热电源对碳纤维电热线1-2进行加热并控温，冷却装置3对座椅本体1进行通风冷却。电热控制装置2包括电热电源开关2-1和温控模块2-2，温控模块2-2控制碳纤维电热线1-2的加热温度。冷却装置3包括通风管路3-1、控制开关3-1和鼓风装置3-3，通风管路3-1安装在座椅本体1的底部和背部，鼓风装置3-3对通风管路3-1通风以降低座椅本体1的温度。

采用聚降冰片烯为形状记忆高分子1-1。碳纤维增强可变形安全座椅的制备如下：

首先将24K-T300碳纤维制成碳纤维电热线1-2，将碳纤维电热线1-2排列、编制成座椅形状，然后放入模具中，碳纤维电热线1-2接头留在模具外。然后通过注射机将热塑性树脂聚降冰片烯注射入，注射温度80℃，注射压力2MPa。注射后冷却，冷却成型后形成座椅本体1，将座椅本体1从模具中取出。将留在外面的碳纤维电热线1-2接头连接电热控制装置2。在座椅本体1背部安装通风管路3-1，通风管路3-1连接鼓风机和控制开关3-2。

当需要调整座椅形状时，首先将电热控制装置2接通电源，并打开电热电源开关2-1，然后通过温控模块2-2调节碳纤维电热线1-2的温度，设定温度为37℃，温度稳定后，使用者坐在座椅上，对座椅施加负载即变形力，座椅受到使用者施加的负载后，形状开始发生变化，转变成使用者与之接触的身体的形状；然后关掉电热控制装置2，同时打开冷却装置3控制开关，鼓风机工作，通过鼓风使座椅冷却，冷却后座椅变成与使用者匹配的形状并且不在发生改变，最后关掉冷却装置3的控制开关3-2。

实施例2

本实施例与实施例1相同，不同之处在于：

采用聚四亚甲基二醇-二苯甲烷二异氰酸酯为形状记忆高分子。碳纤维增强可变形安全座椅的制备如下：

首先将12K-T700碳纤维制成碳纤维电热线，将碳纤维电热线排列、编制成座椅形状，然后放入模具中，碳纤维电热线接头留在模具外。然后通过注射机将聚四亚甲基二醇-二苯甲烷二异氰酸酯聚合物注射入，注射温度90℃，注射压力2.5MPa。注射后冷却，冷却成型后形成座椅本体，将座椅本体从模具中取出。将留在外面的碳纤维接头连接电热控制装置。在座椅背部安装通风管路，通风管路连接鼓风机和控制开关。

当需要调整座椅形状时，首先将电热控制装置接通电源，并打开电热电源开关，然后通过温控模块调节碳纤维电热线的温度，设定温度为40℃，温度稳定后，使用者坐在座椅上，对座椅施加负载即变形力，座椅受到使用者施加的负载后，形状开始发生变化，转变成使用者与之接触的身体的形状；然后关掉电热控制装置，同时打开冷却装置控制开关，鼓风机工作，通过鼓风使座椅冷却，冷却后座椅变成与使用者匹配的形状并且不在发生改变，最后关掉冷却装置开关。

实施例3

本实施例与实施例1相同，不同之处在于：

采用氰酸酯/环氧树脂共聚物为形状记忆高分子。碳纤维增强可变形安全座椅的制备如下：

首先将24K-T700碳纤维制成碳纤维电热线，将碳纤维电热线排列、编制成座椅形状，然后放入模具中，碳纤维电热线接头留在模具外。然后通过树脂传递模塑工艺将氰酸酯/环氧树脂注射入，注射温度70℃，注射压力2.5MPa。注射后放入模具加热，100℃2h+120℃4h+140℃1h(100℃保温2h，再升温至120℃保温4h，然后升温至140℃保温1h)，然后缓慢冷却，至室温将座椅本体从模具中取出。将留在外面的碳纤维接头连接电热控制装置。在座椅背部安装通风管路，通风管路连接鼓风机和控制开关。

当需要调整座椅形状时，首先将电热控制装置接通电源，并打开电热电源开关，然后通过温控模块调节碳纤维电热线的温度，设定温度为42℃，温度稳定后，使用者坐在座椅上，对座椅施加负载即变形力，座椅受到使用者施加的负载后，形状开始发生变化，转变成使用者与之接触的身体的形状；然后关掉电热控制装置，同时打开冷却装置控制开关，鼓风机工作，通过鼓风使座椅冷却，冷却后座椅变成与使用者匹配的形状并且不在发生改变，最后关掉冷却装置开关。

实施例1-3的碳纤维增强可变形安全座椅可应用于汽车、列车、飞机和轮船等交通工具，以增加乘客旅行的舒适性及安全性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种碳纤维增强可变形安全座椅，其特征是，包括座椅本体、电热控制装置及冷却装置，所述座椅本体由碳纤维电热线编织成座椅形状并由形状记忆高分子填充获得，所述电热控制装置控制电热电源对碳纤维电热线进行加热并控温，所述冷却装置对座椅本体进行通风冷却。

2.如权利要求1所述的一种碳纤维增强可变形安全座椅，其特征是，所述电热控制装置包括电热电源开关和温控模块，所述温控模块控制碳纤维电热线的加热温度；

或，所述冷却装置包括控制开关、鼓风装置和通风管路，所述通风管路安装在座椅本体的底部和背部，所述鼓风装置对通风管路通风以降低座椅本体的温度。

3.一种碳纤维增强可变形安全座椅的制备方法，其特征是，先将碳纤维电热线编织成座椅形状的预成型体并将保留碳纤维电热线的接头，再将预成型体放入座椅模具中并注射形状记忆高分子固化后形成座椅本体，然后将电热控制装置连接碳纤维电热线的接头，并将冷却装置中的通过管路安装在座椅本体的底部和背部。

4.如权利要求3所述的一种碳纤维增强可变形安全座椅的制备方法，其特征是，步骤为：

(1)碳纤维电热线的制备：将碳纤维和护皮材料通过电热线生产机制备成碳纤维电热线；

(2)碳纤维电热线预成型：将碳纤维电热线编织成座椅形状的预成型体，并将碳纤维电热线接头留在外面；

(3)将预成型体放入座椅模具中，并注射形状记忆高分子固化后形成座椅本体；

(4)将座椅本体从模具中取出，将外露的碳纤维电热线的接头连接电热控制装置，将冷却装置中的通过管路安装在座椅本体的底部和背部。

5.如权利要求4所述的一种碳纤维增强可变形安全座椅的制备方法，其特征是，步骤(2)中，当形状记忆高分子为热塑性高分子时，将热塑性高分子熔融后注射进入模具中，然后冷却成型；当形状记忆高分子为热固性高分子时，将热固性高分子注射入模具中后，加热使热固性高分子固化成型。

6.一种如权利要求1或2所述的碳纤维增强可变形安全座椅在汽车中的应用。

7.一种汽车，其特征是，包括如权利要求1或2所述的碳纤维增强可变形安全座椅。

8.一种列车，其特征是，包括如权利要求1或2所述的碳纤维增强可变形安全座椅。

9.一种飞机，其特征是，包括如权利要求1或2所述的碳纤维增强可变形安全座椅。

10.一种轮船，其特征是，包括如权利要求1或2所述的碳纤维增强可变形安全座椅。