CN110678232B - 电容感应式岩点、相关制造方法及攀岩墙 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电容感应式岩点(20)，包括至少一种聚合物基体(22)以及设置在所述聚合物基体(22)中的锚点(21)，所述锚点(21)被配置成用于将所述岩点(20)附接到攀岩墙上并且用于将电容性接触传递到电容式感应单元；‑所述聚合物基体(22)中含有碳粉(23)，使得所述碳粉(23)占所述聚合物基体(22)重量的5％至35％，优选占所述聚合物基体(22)重量的10％至35％，所述碳粉(23)基本上均匀地分布在所述聚合物基体(22)中。

Description

电容感应式岩点、相关制造方法及攀岩墙
技术领域
本发明涉及岩点领域以及用于制造岩点和相关攀岩墙的方法。
本发明更具体地涉及适于对攀岩者进行电容感应的岩点。
背景技术
制作岩点的传统方法是向硅胶模具中浇注聚脂或聚氨酯。聚氨酯是由异氰酸酯和醇合成而得。将聚脂与二氧化硅混合可改进岩点的耐夹紧力。当获得液体制剂时，向制剂中加入催化剂以实现液体制剂的硬化。在液体制剂完全变硬之前，将液体制剂浇注到硅胶模具中。
传统的攀岩墙由树脂涂层和喷砂的木板制成，岩点通过锚点固定在所述木板上。该锚点可以简单地是穿过岩点并拧入攀岩墙中的木螺钉。优选地，锚点对应于带有内六角螺钉的螺钉/插入螺纹系统。螺钉头插入到岩点空腔中，同时螺钉体延伸穿过岩点和攀岩墙上的凹槽，使得螺钉体伸出到攀岩墙的另一侧，并由嵌入在攀岩墙背面的插入式螺母固定。
使用此螺钉/螺母系统，施加到螺母的电流可以穿过岩点和攀岩墙，并在螺钉头处被获取。因此，可以对攀岩者进行电容式感应。
电容感应是基于人体能够导电的事实。如图1所示，攀沿者(13)的身体充当一个电极，该电极位于通过螺母连接到采集电路的另一个电极(12)的前面。采集电路简单地包括由电阻器(R)连接的输入端(10)和输出子(11)。螺母连接在电阻(R)和输出端子(11)之间。螺母与采集电路的连接形成第一残余电容(Cpin)。
为了检测攀岩者(13)的接触，输入端(10)发出一个低电流，该低电流被传递到螺母，然后通过螺钉传递到岩点。如果攀岩者触碰到岩点，则攀岩者的身体会产生第二残余电容(Csensed)，从而形成一个RC电路，该RC电路引起攀岩者的身体向采集电路中放电。可以在输出端(11)上检测该放电。
在电容感应式攀岩墙中，每个岩点都连接到特定的采集电路，并且可以识别出攀岩者在一段时间内接触到的岩点。这项技术改进了对登岩者表现的分析，尤其是对于速度竞赛的分析。
该技术可从法国专利申请(申请号：FR 3006797)和美国专利(申请号：US 8,808,145)中获知。
这项技术的问题在于对攀岩者的检测。实际上，如图2所示，在空中，在螺钉头(15)的周围的半圆球体上，对攀岩者的检测是均匀的。第一圆(16)示出了岩点(14)感应最佳的区域。在第二圆(17)中，当通过第一圆(16)时，检测感应的电流较低。在第三圆(18)中，检测感应的电流再次降低，并且在过该第三圆(18)之外，不再能够检测到攀岩者(13)。
因此，本发明的技术问题是改进岩点的电容检测。但是，这种改进绝不能以牺牲岩点的触感为代价，这种岩点旨在重现天然岩石的触感。
发明内容
本发明通过将导电颗粒加入到岩点的聚合物基体中来解决该技术问题。
根据第一方面，本发明涉及一种电容感应式岩点，包括：
-至少一种聚合物基体；以及
-设置在所述聚合物基体中的锚点，所述锚点用于将所述岩点固定在攀岩墙上并且将电容接触传递到电容感应组件。
本发明的特征在于所述聚合物基体掺入碳粉，使得所述碳粉占所述聚合物基体重量的5％至35％，优选占所述聚合物基体重量的10％至35％，所述碳粉基本均匀地分布在所述聚合物基体中。
本发明旨在提供一种岩点，由于可以使用由碳粉形成的防静电网将电荷传输到岩点中，所以该岩点的电容检测能够在比现有岩点更大的表面积上进行。
由于导电颗粒传统上由粉末或纤维形式的金属元素制成，因此将导电颗粒集成到岩点中是特别反直觉的。然而，因为嵌入岩点中的金属纤维出现在表面上会增加了割伤的风险，因此降低了用户体验。
另外，熟练的攀岩者知道，绝大多数金属粉末具有高密度，使其难以集成到岩点的聚合物基体中。
例如，对于非常致密的金属粉末(即超过3.5g/cm3)，由于沉积物负荷作用，将金属粉末掺入到聚合物基体中会形成不均匀的混合物。
本发明通过使用碳粉作为导电材料克服了这些技术问题。尽管其具有比金属导电材料(银、铜、金、铝、锌、镍、铁、锡、铂、钯、铅)更低的电导率，但通常小于2.3g/cm3的低密度碳可以与聚合物基体形成均匀混合物。
根据本发明进行的测试表明，对于与岩点主体的总质量相比非常低的碳质量，即小于5％，由于碳颗粒不足以在岩点中产生防静电网络，所以电容检测仅受到轻微影响。另外，对于非常大的质量，即大于35％，混合物的粘度变得太高以至于不能与自由浇铸工艺相容。
因此，本发明揭示了5％至35％之间的比例，并且优选在10％至35％之间的比例，其中碳粉改进了电容传输的性能，而不会显著降低岩点的机械强度。
根据本发明，其中碳粉基本上均匀地分布在所述聚合物基体中的特征表明，对于由单一聚合物基体组成的岩点，岩点的每个基本体积(体积为1cm3)至少包含提供在岩点中的碳粉的一半比例：按重量计在5％至35％之间，优选按重量计在10％至35％之间。因此，岩点的每个基本体积包含至少2.5％的碳粉，优选至少5％的碳粉。此特征可确保岩点中防静电网络的连续性。
另外，岩点可以在有或没有附接装置的情况下出售。通常，附接装置包括穿过岩点中的孔的螺钉。在这种情况下，岩点具有用于将螺钉头容纳在岩点中的空腔。
可选地，可以将岩点包覆模制在螺钉上。在这种情况下，根据本发明的聚合物基体的重量比应通过去除螺钉的重量相对于岩点的重量来考虑。
可选地，所述岩点包括两个聚合物基体，至少一个包含碳粉的聚合物基体，使得所述碳粉占所述聚合物基体重量的5％至35％，优选占所述聚合物基体重量的10％至35％。该实施例适用于双材料岩点。在这种情况下，需要分离两种材料以测量碳粉相对于聚合了碳粉的聚合物基体的重量比。
根据一个实施例，所述碳粉对应于高度结构化的炭黑。试验表明，高度结构化的炭黑有效确保了炭粉与聚合物基体之间的混合物的均匀性。
根据一个实施例，所述碳粉对应于石墨粉。试验还表明，石墨粉有效确保碳粉与聚合物基体之间混合物的均匀性。
根据一个实施例，所述聚合物基体结合了二氧化硅粉末。在将岩点固定在攀岩墙上时，在岩点中使用的二氧化硅增加了岩点对冲击的机械阻力。测试表明，二氧化硅粉末对感应信号的影响可以忽略不计，因为二氧化硅不会引起由碳元素形成的防静电网络中的不连续性。
根据一个实施例，所述聚合物基体结合了重量百分比为5％至35％的碳粉，优选重量百分比为20％至30％的碳粉，和重量百分比为20％至60％的二氧化硅，优选重量百分比为40％至60％的二氧化硅。测试表明，碳粉、二氧化硅和岩点重量的比率对于确保形成岩点的混合物的均匀性特别有效。
根据第二方面，本发明涉及一种用于制备电容感应式岩点的方法，包括以下步骤：
-准备聚合树脂；
-掺入占所述聚合树脂重量的5％至35％的碳粉，优选占所述聚合物树脂重量的10％至35％的碳粉；
-搅拌结合了所述聚合树脂和碳粉的混合物；
-将该混合物置于真空罩下以便使该混合物脱气；
-在搅拌步骤之前或之后向混合物中添加催化剂；以及
-模制混合物以形成所述岩点。
与常规岩点的制造不同，由于添加了碳粉，所以需要搅拌聚合树脂和碳粉以确保混合物的均匀性。该搅拌步骤导致在混合物中形成气泡，并且与现有技术相反，需要额外的脱气步骤来除去这些气泡以获得具有良好机械阻力的岩点。
为了通过将聚合树脂与碳粉结合来实现双材料的岩点，本发明提出了三种不同的变形。
在第一变形中，该方法包括以下额外步骤：
-准备不具有防静电性能的第二聚合树脂；
-向所述第二聚合树脂中添加催化剂；以及
-在混合物的模制步骤期间模制所述第二聚合树脂，以便形成大理石纹岩点。
该第一变形使得获得大理石纹的双材料岩点成为可能，即在模制过程中将两种材料混合在一起。填充了碳粉的聚合树脂可确保其在与攀岩者的手或脚接触时提供电容检测，而未填充碳粉的聚合树脂具有不同的颜色，可提供特定的审美效果。
在第二变形中，该方法包括以下额外步骤：
-准备不具有防静电性能的第二聚合树脂；
-向所述第二聚合树脂中添加催化剂；以及
-在混合物的模制步骤之前或之后模制所述第二聚合树脂。
该第二变形使得获得具有两种不同材料厚度的双材料岩点成为可能。填充了碳粉的聚合树脂的厚度可确保其在与攀岩者的手或脚接触时进行电容检测，而未填充碳粉的聚合树脂具有不同的颜色，可提供特定的审美效果。
在第三变形中，该方法包括以下额外步骤：
-在混合物的模制步骤之前施加后模，以便在所述岩点中形成空腔；
-准备无防静电性能的第二聚合树脂；
-向所述第二聚合树脂中添加催化剂；以及
-在通过施加后模而形成的空腔中模制所述第二树脂。
该第三变形使得获得一种双材料岩点成为可能，该双材料岩点具有由第一树脂和碳粉混合物形成的、用于与攀岩者的手或脚接触的表层，而双材料岩点的中心包含了无防静电特性的第二树脂。
根据一个实施例，掺入所述碳粉的步骤包括加入分散剂。该实施例旨在改进碳粉在混合物中的分布。
根据一个实施例，聚合树脂的准备阶段包括添加二氧化硅。
当将岩点紧固在攀岩墙上时，该实施例增加了岩点的机械阻力。
根据该实施例，搅拌步骤以10m/s至20m/s的速度进行。该速度对应于混合物的运动速度。搅拌可以通过往复运动进行，工具运动速度在10m/s到20m/s之间。或者，搅拌可使用浸入混合物中的工具通过圆周运动进行，该线速度则对应于工具叶片端部的速度。该实施例保证碳粉在混合物中的有效分散。
根据一个实施例，所述聚合树脂对应于聚酯基体。
根据一个实施例，所述聚合树脂对应于聚氨酯基体。
根据第三方面，本发明涉及一种连接式攀岩墙，包括：
-根据本发明的第一方面的岩点，以及
-电容检测系统，该电容检测系统连接到每个岩点并且被配置成检测攀岩者在每个岩点上的接触。
附图说明
基于附图，以非限制性示例给出的以下的实施例明显地揭露出本发明的实施方式和优点，其中附图1至5表示：
图1：现有技术的岩点的电容感应的电气原理图的示意图；
图2：现有技术中具有电容感应的岩点的正视图；
图3：本发明的具有电容感应功能的岩点的正视图；
图4：图3所示的岩点检测速率随导电颗粒百分比变化曲线图；
图5：图3所示的岩点的制备步骤流程图。
发明详述
本部分描述了一种岩点，该岩点的主体具有单个聚合物基体，但是在不改变本发明的情况下可以使用更多的聚合物基体。
图3示出了根据本发明实施例的电容感应式岩点20。岩点20通过内六角螺钉21连接到攀岩墙上。为此，螺钉21的螺钉头容置于岩点20的空腔中，并且螺钉21主体穿过岩点20主体的凹槽。
螺钉21通过螺母固定在攀岩墙上，该螺母与类似于现有技术的采集电路连接。岩点20的主体包括聚合物基体22和导电粉末23。导电粉末23对应于碳粉，例如高结构的碳黑或石墨粉。例如，可以使用来自Inoxia
Figure BDA0002275038320000061
公司的石墨粉。
聚合物基体22可以是聚酯、聚氨酯或任何其它相容的树脂基体。例如，可以使用Polyprocess牌的PO820聚酯基体。
导电颗粒23的比例对于将静电荷从攀岩者传输到采集电路特别敏感。图4示出了由聚酯基体和石墨粉结合所制成的岩点20的检测速率与导电颗粒23重量百分比之间的关系。导电颗粒23占岩点20重量比例达5％时，对攀岩者的检测速率起到改进作用，并在导电颗粒23占岩点20重量比达到25％后对攀岩者的检测速率趋于稳定。
如图3所示，对于结合了25％的石墨粉，50％的二氧化硅和聚酯基体，优选30％的二氧化硅的岩点，对攀岩者的检测在整个岩点20上是均匀的，这表明碳粉23在将静电荷从攀岩者传输到采集电路方面特别有效。
通过图5中描述的方法来实现这种岩点20。第一步骤30是配制聚合物基体22。优选地，聚合物基体22由聚酯或聚氨酯树脂配制在容器25中。聚氨酯是通过将异氰酸酯和醇混合而获得的。聚酯可以与二氧化硅混合以改进岩点20，提高岩点耐夹紧力的能力。
当获得聚合物基体22时，在第二步骤31中，将碳粉23掺入到聚合物基体22中。碳粉23的重量根据期望的性能确定，但是碳粉23的重量必须为聚合物基体22和碳粉23形成的组件的重量的5％至35％，优选为组件重量的10％至35％。除碳粉23之外，可将分散剂掺入聚合物基体22中以改进碳粉的分布。分散剂可以对应于BYK品牌的产品BYK-W 969，并且分散剂的比例可以在聚合物基体22的重量的0％至20％之间选择。
然后在第三步骤32中将碳粉23与聚合物基体22混合。搅拌可以通过由旋转运动驱动的混合器26进行，该旋转运动在混合器26的叶片末端引起10m/s和20m/s之间的线性位移。例如，搅拌5分钟可以使碳粉23在聚合物基体22中良好地分布。
在该阶段，混合物基本上代表了岩点20的重量。在聚酯基体的情况下，混合物24可以结合重量百分比为5％至35％的碳粉23，优选重量百分比为20％至30％的碳粉23，和重量百分比为20％至60％的二氧化硅，优选重量百分比为40％至60％的二氧化硅。
在第四步骤33中，为了除去气泡，将获得的混合物24放置在真空罩27下。然后，在第五步骤34中，将催化剂28添加到混合物24中以实现混合物24的硬化。在混合物24完全硬化之前，在第六步骤35中将混合物24倒入硅树脂模具29中。或者，可以在搅拌33和脱气34之前将催化剂28加入到混合物24中。
混合物24置于模具中以形成如图3所示的岩点20。在该固化步骤中，可以将金属螺钉21插入混合物中，或者可以使模具的形状适合于形成用于定位螺钉21的空腔和凹槽。
然后，一组岩点20可用于形成电容感应式攀岩墙，其通过将每个岩点20的每个螺钉21与电容感应组件连接而形成，所述电容感应组件能够检测到攀岩者在每个岩点20上的接触。
由于岩点20中的碳颗粒形成了传递低电流的防静电网络，因此本发明改进了对攀岩者在岩点20表面任何点的接触的检测。实际上，当两个碳颗粒靠在一起时，静电电流可以通过隧道效应在两个颗粒之间传递。因此，本发明使得通过电容感应来改进对攀岩者在岩点上的检测成为可能。

Claims (16)

1.电容感应式岩点（20），包括：
-至少一种聚合物基体（22）；和
-设置在所述聚合物基体（22）中的锚点（21），所述锚点（21）被配置为将所述岩点（20）附接到攀岩墙上并将电容性接触传递至电容感应组件；其特征在于，所述聚合物基体（22）结合有碳粉（23），使得所述碳粉（23）占所述聚合物基体（22）重量的5％至35％，所述碳粉（23）均匀地分布在所述聚合物基体（22）中。
2.根据权利要求1所述的电容感应式岩点，其中，所述岩点包括两种聚合物基体，至少一个聚合物基体（22）掺入有碳粉（23），使得所述碳粉（23）占该所述聚合物基体（22）重量的5％至35％。
3.根据权利要求1所述的电容感应式岩点，其中，所述碳粉（23）对应于高结构碳黑。
4.根据权利要求1所述的电容感应式岩点，其中，所述碳粉（23）对应于石墨
粉。
5.根据权利要求1所述的电容感应式岩点，其中，所述聚合物基体
（22）结合有二氧化硅粉末。
6.根据权利要求5所述的电容感应式岩点，其中，所述聚合物基体（22）结合了重量百分比为20％至60％的二氧化硅。
7.一种制造具有电容感应功能的岩点的方法，包括以下连续步骤：
-步骤（30）：准备聚合树脂（22）；
-步骤（31）：掺入碳粉（23），所述碳粉（23）占所述聚合树脂（22）重量的
5%至35%；
-步骤（32）：搅拌所述聚合树脂（22）和碳粉（23）的混合物（24）；
-步骤（33）：将该混合物（24 ）放置在真空罩（27）下以使该混合物（24）脱气；
-步骤（34）：在所述混合物（24）的搅拌步骤（32）之前或之后，向所述混合物（24）中添加催化剂（28）；以及
-步骤（35）：模制该混合物（24 ）以便形成所述岩点（20）。
8.根据权利要求7所述的制造具有电容感应功能的岩点的方法，包括以下附加步骤：
-准备不具有防静电性能的第二聚合树脂；
-向所述第二聚合树脂中添加催化剂；以及
-在步骤（35）的模制混合物（24 ）期间模制所述第二聚合树脂以形成大理石纹岩点（20）。
9.根据权利要求7 所述的制造具有电容感应功能的岩点的方法，包括以下附加步骤：
-准备不具有防静电性能的第二聚合树脂；
-向所述第二聚合树脂中添加催化剂；以及
-在模制混合物（24 ）的步骤（35）之前或之后模制所述第二聚合树脂。
10.根据权利要求7 所述的制造具有电容感应功能的岩点的方法，包括以下附加步骤：
-在模制混合物（24 ）的步骤（35）之前施加后模，以便在所述岩点（20）中形成空腔；
-准备不具有防静电性能的第二聚合树脂；-向所述第二聚合树脂中添加催化剂；以及
-在通过施加后模而形成的所述空腔中模制所述第二聚合树脂。
11.根据权利要求7所述的制造具有电容感应功能的岩点的方法，其中，掺入所述碳粉（23）的步骤（31）包括将分散剂添加到所述聚合树脂（22）中。
12.根据权利要求7所述的制造具有电容感应功能的岩点的方法，其中，
准备聚合树脂（22）的步骤（30）包括添加二氧化硅。
13.根据权利要求7所述的制造具有电容感应功能的岩点的方法，其中搅拌该
混合物（24）的步骤（32）是在10m/s与20m/s之间的速度下进行的。
14.根据权利要求7所述的制造具有电容感应功能的岩点的方法，其中，所述聚合树脂（22）对应于聚酯基体。
15.根据权利要求7所述的制造具有电容感应功能的岩点的方法，其中，所述聚合树脂（22）对应于聚氨酯基体。
16.连接式攀岩墙，包括：
-根据权利要求1至6中任一项所述的岩点（20），以及
-一个电容感应组件，该电容感应组件被连接到每个岩点（20）上并且被配置成用于检测攀岩者在每个岩点（20）上的接触。
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